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JP7571726B2 - Image sensor and image pickup device - Google Patents
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JP7571726B2 - Image sensor and image pickup device - Google Patents

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Description

本開示は、有機材料を用いた撮像素子およびこれを備えた撮像装置に関する。 The present disclosure relates to an imaging element using an organic material and an imaging device equipped with the same.

例えば、特許文献1では、下記一般式(3)で表される化合物を含有する有機層を備えた光電変換素子が開示されている。一般式(3)で表される化合物のR7は、アリール基、ヘテロアリール基またはアルケニル基である。For example, Patent Document 1 discloses a photoelectric conversion element having an organic layer containing a compound represented by the following general formula (3): R7 in the compound represented by general formula (3) is an aryl group, a heteroaryl group, or an alkenyl group.

Figure 0007571726000001
Figure 0007571726000001

国際公開第2015/119039号International Publication No. 2015/119039

ところで、有機材料を用いた撮像素子では、外部量子効率の向上が求められている。 However, there is a demand for improved external quantum efficiency in imaging elements that use organic materials.

外部量子効率を向上させることが可能な撮像素子および撮像装置を提供することが望ましい。 It is desirable to provide an imaging element and an imaging device that can improve external quantum efficiency.

本開示の一実施形態の撮像素子は、第1電極と、第1電極と対向配置された第2電極と、第1電極と第2電極との間に設けられると共に、後述する式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む有機層とを備えたものである。 An imaging element according to an embodiment of the present disclosure includes a first electrode, a second electrode disposed opposite to the first electrode, and an organic layer provided between the first electrode and the second electrode and containing at least one dipyrromethene derivative represented by any of formulas (1-1) to (1-24) and formulas (2-1) to (2-6) described below .

本開示の一実施形態の撮像装置は、1または複数の有機光電変換部がそれぞれ設けられている複数の画素を備えたものであり、有機光電変換部として、上記一実施形態の撮像素子を有する。An imaging device according to one embodiment of the present disclosure includes a plurality of pixels, each of which is provided with one or more organic photoelectric conversion units, and has the imaging element according to the above embodiment as the organic photoelectric conversion unit.

本開示の一実施形態の光電変換素子および一実施形態の撮像装置では、式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種用いて有機層を形成することにより、所定の波長帯域の光(具体的には、青色光)の吸収効率が向上する。 In the photoelectric conversion element of the embodiment and the imaging device of the embodiment of the present disclosure, at least one dipyrromethene derivative represented by any one of formulas (1-1) to (1-24) and formulas (2-1) to (2-6) is used to form an organic layer, thereby improving the absorption efficiency of light in a predetermined wavelength band (specifically, blue light).

本開示の一実施の形態に係る撮像素子の構成の一例を表す断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of an imaging element according to an embodiment of the present disclosure. 図1に示した撮像素子の全体構成を表す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an overall configuration of the image sensor illustrated in FIG. 1 . 図1に示した撮像素子の等価回路図である。2 is an equivalent circuit diagram of the image sensor shown in FIG. 1 . 図1に示した撮像素子の下部電極および制御部を構成するトランジスタの配置を表わす模式図である。2 is a schematic diagram showing the arrangement of transistors constituting a lower electrode and a control unit of the image sensor shown in FIG. 1 . 本開示の第1の実施の形態に係る撮像素子の構成の他の例を表す断面模式図である。4 is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the imaging element according to the first embodiment of the present disclosure. FIG. 図1に示した撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。2A to 2C are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the image sensor shown in FIG. 図6に続く工程を表す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process following FIG. 6. 図7に続く工程を表す断面図である。8 is a cross-sectional view showing a process following FIG. 7 . 図8に続く工程を表す断面図である。9 is a cross-sectional view showing a process following FIG. 8 . 図9に続く工程を表す断面図である。10 is a cross-sectional view showing a process following FIG. 9 . 図1に示した撮像素子の一動作例を表すタイミング図である。2 is a timing chart illustrating an example of an operation of the image sensor illustrated in FIG. 1 . 本開示の変形例に係る撮像素子の構成の一例を表す断面模式図である。11 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of an imaging element according to a modified example of the present disclosure. 図1等に示した撮像素子を画素に用いた撮像装置の構成を表すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration of an imaging device using the imaging element shown in FIG. 1 etc. as a pixel. 図13に示した撮像装置を用いた電子機器(カメラ)の一例を表す機能ブロック図である。FIG. 14 is a functional block diagram illustrating an example of an electronic device (camera) using the imaging device illustrated in FIG. 13 . 体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of an in-vivo information acquiring system. 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system. カメラヘッド及びCCUの機能構成の一例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a camera head and a CCU. FIG. 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system; 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing an example of the installation positions of an outside-vehicle information detection unit and an imaging unit; FIG. 実験1において作製したデバイスサンプルの構成を表す断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a device sample produced in Experiment 1.

以下、本開示における一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
1.実施の形態
(ジピロメテン誘導体を含む有機層を有する有機光電変換部を備えた撮像素子の例)
1-1.撮像素子の構成
1-2.撮像素子の製造方法
1-3.作用・効果
2.変形例(半導体基板上に3つの有機光電変換部が積層された例)
3.適用例
4.応用例
5.実施例
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The following description is a specific example of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following aspect. Furthermore, the present disclosure is not limited to the arrangement, dimensions, dimensional ratios, etc. of each component shown in each drawing. The order of description is as follows.
1. Embodiment (Example of an imaging element including an organic photoelectric conversion unit having an organic layer containing a dipyrromethene derivative)
1-1. Configuration of the imaging element 1-2. Manufacturing method of the imaging element 1-3. Actions and effects 2. Modification (example in which three organic photoelectric conversion units are stacked on a semiconductor substrate)
3. Application examples 4. Application examples 5. Working examples

<1.実施の形態>
図1は、本開示の一実施の形態に係る撮像素子(撮像素子10A)の断面構成の一例を表したものである。図2は、図1に示した撮像素子10Aの平面構成を表したものである。図3は、図1に示した撮像素子10Aの等価回路図であり、図2に示した領域100に相当するものである。図4は、図1に示した撮像素子10Aの下部電極21および制御部を構成するトランジスタの配置を模式的に表したものである。撮像素子10Aは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像装置(撮像装置1;図13参照)において1つの画素(単位画素P)を構成するものである。
1. Preferred embodiment
FIG. 1 illustrates an example of a cross-sectional configuration of an imaging element (imaging element 10A) according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 2 illustrates a planar configuration of the imaging element 10A illustrated in FIG. 1. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the imaging element 10A illustrated in FIG. 1, which corresponds to the region 100 illustrated in FIG. 2. FIG. 4 illustrates a schematic diagram of a lower electrode 21 and an arrangement of transistors constituting a control unit of the imaging element 10A illustrated in FIG. 1. The imaging element 10A constitutes one pixel (unit pixel P) in an imaging device (imaging device 1; see FIG. 13) such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras.

本実施の形態の撮像素子10Aは、2つの有機光電変換部20および有機光電変換部70と、1つの無機光電変換部32とが縦方向に積層されたものである。有機光電変換部20,70は、それぞれ、下部電極21、光電変換層24および上部電極25、下部電極71、光電変換層74および上部電極75がこの順に積層されている。光電変換層74は、赤外領域および可視領域のいずれかの帯域の検出し、後述する一般式(1)または一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体を用いて形成されている。この光電変換層74が、本開示の「有機層」の一具体例に相当する。The imaging element 10A of the present embodiment is a vertical stack of two organic photoelectric conversion units 20 and 70 and one inorganic photoelectric conversion unit 32. The organic photoelectric conversion units 20 and 70 are each stacked in the order of a lower electrode 21, a photoelectric conversion layer 24 and an upper electrode 25, a lower electrode 71, a photoelectric conversion layer 74 and an upper electrode 75. The photoelectric conversion layer 74 detects either the infrared or visible range and is formed using a dipyrromethene derivative represented by general formula (1) or general formula (2) described below. This photoelectric conversion layer 74 corresponds to a specific example of an "organic layer" in this disclosure.

(1-1.撮像素子の構成)
撮像素子10Aは、上記のように、2つの有機光電変換部20および有機光電変換部70と、1つの無機光電変換部32とが縦方向に積層された、所謂縦方向分光型の撮像素子である。有機光電変換部20,70は、半導体基板30の第1面(裏面;面30S1)側に、この順に積層されている。無機光電変換部32は、半導体基板30内に埋め込み形成されている。有機光電変換部20は、上記のように、対向配置された下部電極21と上部電極25との間に、有機材料を用いて形成された光電変換層24を有する。有機光電変換部70は、同様に、対向配置された下部電極71と上部電極75との間に、有機材料を用いて形成された光電変換層74を有する。これら光電変換層24,74は、それぞれ、p型半導体およびn型半導体を含んで構成され、層内にバルクヘテロ接合構造を有する。バルクヘテロ接合構造は、p型半導体およびn型半導体が混ざり合うことで形成されたp/n接合面である。
(1-1. Configuration of the image sensor)
As described above, the imaging element 10A is a so-called vertical spectroscopic imaging element in which two organic photoelectric conversion units 20 and 70 and one inorganic photoelectric conversion unit 32 are stacked in the vertical direction. The organic photoelectric conversion units 20 and 70 are stacked in this order on the first surface (rear surface; surface 30S1) side of the semiconductor substrate 30. The inorganic photoelectric conversion unit 32 is embedded in the semiconductor substrate 30. As described above, the organic photoelectric conversion unit 20 has a photoelectric conversion layer 24 formed of an organic material between the lower electrode 21 and the upper electrode 25 arranged opposite to each other. Similarly, the organic photoelectric conversion unit 70 has a photoelectric conversion layer 74 formed of an organic material between the lower electrode 71 and the upper electrode 75 arranged opposite to each other. These photoelectric conversion layers 24 and 74 are each configured to include a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, and have a bulk heterojunction structure within the layer. A bulk heterojunction structure is a p/n junction surface formed by mixing a p-type semiconductor and an n-type semiconductor.

有機光電変換部20,70と、無機光電変換部32Gとは、互いに異なる波長帯域の光を選択的に検出して光電変換を行うものである。例えば、有機光電変換部20では、緑(G)の色信号を取得する。例えば、有機光電変換部70では、青(B)の色信号を取得する。例えば、無機光電変換部32では、赤(R)の色信号を取得する。これにより、撮像素子10Aでは、カラーフィルタを用いることなく一つの画素において複数種類の色信号を取得可能となっている。The organic photoelectric conversion units 20, 70 and the inorganic photoelectric conversion unit 32G selectively detect light in different wavelength bands and perform photoelectric conversion. For example, the organic photoelectric conversion unit 20 acquires a green (G) color signal. For example, the organic photoelectric conversion unit 70 acquires a blue (B) color signal. For example, the inorganic photoelectric conversion unit 32 acquires a red (R) color signal. This makes it possible for the image sensor 10A to acquire multiple types of color signals in one pixel without using a color filter.

なお、本実施の形態では、光電変換によって生じる電子および正孔の対(電子-正孔対)のうち、電子を信号電荷として読み出す場合(n型半導体領域を光電変換層とする場合)について説明する。また、図中において、「p」「n」に付した「+(プラス)」は、p型またはn型の不純物濃度が高いことを表している。In this embodiment, we will explain the case where, of the pairs of electrons and holes (electron-hole pairs) generated by photoelectric conversion, the electrons are read out as signal charges (when the n-type semiconductor region is used as the photoelectric conversion layer). In the figures, the "+" (plus) next to "p" and "n" indicates that the p-type or n-type impurity concentration is high.

半導体基板30の第2面(表面;30S2)には、例えば、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FD1(半導体基板30内の領域36B1),FD2(半導体基板30内の領域36B2),FD3(半導体基板30内の領域38C)と、転送トランジスタTr3と、アンプトランジスタ(変調素子)AMP1,AMP2,AMP3と、リセットトランジスタRST1,RST2,RST3と、選択トランジスタSEL1,SEL2,SEL3とが設けられている。半導体基板30の第2面(面30S2)には、多層配線層40が積層されている。多層配線層40は、例えば、配線層41,42,43が絶縁層44内に積層された構成を有している。 On the second surface (surface; 30S2) of the semiconductor substrate 30, for example, floating diffusions (floating diffusion layers) FD1 (region 36B1 in the semiconductor substrate 30), FD2 (region 36B2 in the semiconductor substrate 30), FD3 (region 38C in the semiconductor substrate 30), transfer transistor Tr3, amplifier transistors (modulation elements) AMP1, AMP2, AMP3, reset transistors RST1, RST2, RST3, and selection transistors SEL1, SEL2, SEL3 are provided. On the second surface (surface 30S2) of the semiconductor substrate 30, a multilayer wiring layer 40 is laminated. The multilayer wiring layer 40 has a configuration in which, for example, wiring layers 41, 42, 43 are laminated in an insulating layer 44.

なお、図面では、半導体基板30の第1面(面30S1)側を光入射側S1、第2面(面30S2)側を配線層側S2と表している。In the drawings, the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30 is represented as the light incident side S1, and the second surface (surface 30S2) is represented as the wiring layer side S2.

有機光電変換部20は、下部電極21、半導体層23、光電変換層24および上部電極25が、半導体基板30の第1面(面30S1)の側からこの順に積層されている。また、下部電極21と半導体層23との間には、絶縁層22が設けられている。下部電極21は、例えば、撮像素子10Aごとに分離形成されると共に、詳細は後述するが、絶縁層22を間に互いに分離された読み出し電極21Aおよび蓄積電極21Bによって構成されている。下部電極21のうち、読み出し電極21Aは、絶縁層22に設けられた開口22Hを介して半導体層23と電気的に接続されている。半導体層23、光電変換層24および上部電極25は、図1では、撮像素子10Aごとに分離形成されている例を示したが、例えば、複数の撮像素子10Aに共通した連続層として設けられていてもよい。In the organic photoelectric conversion unit 20, the lower electrode 21, the semiconductor layer 23, the photoelectric conversion layer 24, and the upper electrode 25 are laminated in this order from the first surface (surface 30S1) side of the semiconductor substrate 30. In addition, an insulating layer 22 is provided between the lower electrode 21 and the semiconductor layer 23. The lower electrode 21 is formed separately for each image sensor 10A, and is composed of a readout electrode 21A and a storage electrode 21B separated from each other by the insulating layer 22, as will be described in detail later. Of the lower electrodes 21, the readout electrode 21A is electrically connected to the semiconductor layer 23 through an opening 22H provided in the insulating layer 22. In FIG. 1, the semiconductor layer 23, the photoelectric conversion layer 24, and the upper electrode 25 are shown as an example formed separately for each image sensor 10A, but may be provided as a continuous layer common to a plurality of image sensors 10A, for example.

有機光電変換部70は、有機光電変換部20の上方に積層され、有機光電変換部20と同様に、下部電極71、半導体層73、光電変換層74および上部電極75が、半導体基板30の第1面(面30S1)の側からこの順に積層されている。下部電極71と半導体層73との間には、絶縁層72が設けられている。下部電極71は、例えば、撮像素子10Aごとに分離形成されると共に、絶縁層72を間に互いに分離された読み出し電極71Aおよび蓄積電極71Bによって構成されている。下部電極71のうち、読み出し電極71Aは、絶縁層72に設けられた開口72Hを介して光電変換層74と電気的に接続されている。半導体層73、光電変換層74および上部電極75は、図1では、撮像素子10Aごとに分離形成されている例を示したが、例えば、複数の撮像素子10Aに共通した連続層として設けられていてもよい。The organic photoelectric conversion unit 70 is stacked above the organic photoelectric conversion unit 20, and similarly to the organic photoelectric conversion unit 20, a lower electrode 71, a semiconductor layer 73, a photoelectric conversion layer 74, and an upper electrode 75 are stacked in this order from the first surface (surface 30S1) side of the semiconductor substrate 30. An insulating layer 72 is provided between the lower electrode 71 and the semiconductor layer 73. The lower electrode 71 is, for example, formed separately for each image sensor 10A, and is composed of a readout electrode 71A and a storage electrode 71B separated from each other by the insulating layer 72. Of the lower electrodes 71, the readout electrode 71A is electrically connected to the photoelectric conversion layer 74 through an opening 72H provided in the insulating layer 72. In FIG. 1, an example in which the semiconductor layer 73, the photoelectric conversion layer 74, and the upper electrode 75 are formed separately for each image sensor 10A is shown, but they may be provided as a continuous layer common to a plurality of image sensors 10A, for example.

半導体基板30の第1面(面30S1)には、誘電体膜26および絶縁膜27がこの順に設けられている。また、半導体基板30と有機光電変換部20との間(具体的には、絶縁膜27と有機光電変換部20との間)および有機光電変換部20と有機光電変換部70との間には、例えば、層間絶縁層28が設けられており、電気的に絶縁されている。上部電極75の上には、保護層51が設けられている。保護層51内には、例えば、読み出し電極21Aおよび読み出し電極71Aに対応する位置に遮光膜52が設けられている。この遮光膜52は、少なくとも蓄積電極21Bおよび蓄積電極71Bにはかからず、少なくとも、それぞれ、半導体層23,73と直接接している読み出し電極21A,71Aの領域を覆うように設けられていればよい。保護層51の上方には、平坦化層(図示せず)やオンチップレンズ53等の光学部材が配設されている。On the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30, a dielectric film 26 and an insulating film 27 are provided in this order. In addition, between the semiconductor substrate 30 and the organic photoelectric conversion unit 20 (specifically, between the insulating film 27 and the organic photoelectric conversion unit 20) and between the organic photoelectric conversion unit 20 and the organic photoelectric conversion unit 70, for example, an interlayer insulating layer 28 is provided, and they are electrically insulated. On the upper electrode 75, a protective layer 51 is provided. In the protective layer 51, for example, a light-shielding film 52 is provided at a position corresponding to the readout electrode 21A and the readout electrode 71A. This light-shielding film 52 does not cover at least the storage electrode 21B and the storage electrode 71B, and may be provided so as to cover at least the areas of the readout electrodes 21A and 71A that are in direct contact with the semiconductor layers 23 and 73, respectively. Optical members such as a planarization layer (not shown) and an on-chip lens 53 are provided above the protective layer 51.

半導体基板30の第1面(面30S1)と第2面(面30S2)との間には貫通電極34X,34Yが設けられている。貫通電極34Xは、有機光電変換部20の読み出し電極21Aと電気的に接続されており、有機光電変換部20は、貫通電極34Xを介して、アンプトランジスタAMP1のゲートGamp1と、フローティングディフュージョンFD1を兼ねるリセットトランジスタRST1の一方のソース/ドレイン領域36B1とに接続されている。貫通電極34Yは、有機光電変換部70の読み出し電極71Aと電気的に接続されており、有機光電変換部70は、貫通電極34Yを介して、アンプトランジスタAMP2のゲートGamp2と、フローティングディフュージョンFD2を兼ねるリセットトランジスタRST2の一方のソース/ドレイン領域36B2とに接続されている。これにより、撮像素子10Aでは、半導体基板30の第1面(面30S21)側の有機光電変換部20,70で生じた電荷を半導体基板30の第2面(面30S2)側に良好に転送し、特性を高めることが可能となっている。Between the first surface (surface 30S1) and the second surface (surface 30S2) of the semiconductor substrate 30, through-electrodes 34X and 34Y are provided. The through-electrode 34X is electrically connected to the readout electrode 21A of the organic photoelectric conversion unit 20, and the organic photoelectric conversion unit 20 is connected to the gate Gamp1 of the amplifier transistor AMP1 and one of the source/drain regions 36B1 of the reset transistor RST1, which also serves as the floating diffusion FD1, via the through-electrode 34X. The through-electrode 34Y is electrically connected to the readout electrode 71A of the organic photoelectric conversion unit 70, and the organic photoelectric conversion unit 70 is connected to the gate Gamp2 of the amplifier transistor AMP2 and one of the source/drain regions 36B2 of the reset transistor RST2, which also serves as the floating diffusion FD2, via the through-electrode 34Y. As a result, in the imaging element 10A, charges generated in the organic photoelectric conversion units 20, 70 on the first surface (surface 30S21) side of the semiconductor substrate 30 can be efficiently transferred to the second surface (surface 30S2) side of the semiconductor substrate 30, thereby improving characteristics.

貫通電極34Xの下端は、配線層41内の接続部41Aに接続されており、接続部41Aと、アンプトランジスタAMP1のゲートGamp1とは、下部第1コンタクト45Aを介して接続されている。接続部41Aと、フローティングディフュージョンFD1(領域36B1)とは、例えば、下部第2コンタクト46Aを介して接続されている。貫通電極34Xの上端は、例えば、上部第1コンタクト29A、パッド部39Aおよび上部第2コンタクト29Bを介して読み出し電極21Aに接続されている。The lower end of the through electrode 34X is connected to a connection portion 41A in the wiring layer 41, and the connection portion 41A and the gate Gamp1 of the amplifier transistor AMP1 are connected via a lower first contact 45A. The connection portion 41A and the floating diffusion FD1 (region 36B1) are connected, for example, via a lower second contact 46A. The upper end of the through electrode 34X is connected, for example, to the read electrode 21A via an upper first contact 29A, a pad portion 39A, and an upper second contact 29B.

貫通電極34Yの下端は、配線層41内の接続部41Bに接続されており、接続部41Bと、アンプトランジスタAMP2のゲートGamp2とは、下部34コンタクト45Bを介して接続されている。接続部41Bと、フローティングディフュージョンFD2(領域36B2)とは、例えば、下部第4コンタクト46Bを介して接続されている。貫通電極34Yの上端は、例えば、上部第4コンタクト79A、パッド部69A、上部第5コンタクト79B、パッド部69Bおよび上部第6コンタクト79Cを介して読み出し電極71Aに接続されている。また、有機光電変換部70を構成する下部電極71の蓄積電極71Bは、上部第7コンタクト79Dを介してパッド部69Cと接続されている。The lower end of the through electrode 34Y is connected to the connection portion 41B in the wiring layer 41, and the connection portion 41B and the gate Gamp2 of the amplifier transistor AMP2 are connected via the lower 34 contact 45B. The connection portion 41B and the floating diffusion FD2 (region 36B2) are connected, for example, via the lower fourth contact 46B. The upper end of the through electrode 34Y is connected to the readout electrode 71A, for example, via the upper fourth contact 79A, the pad portion 69A, the upper fifth contact 79B, the pad portion 69B, and the upper sixth contact 79C. In addition, the storage electrode 71B of the lower electrode 71 constituting the organic photoelectric conversion unit 70 is connected to the pad portion 69C via the upper seventh contact 79D.

貫通電極34X,34Yは、それぞれ、例えば、撮像素子10Aの各々において有機光電変換部20,70ごとに設けられている。貫通電極34Xは、有機光電変換部20と、アンプトランジスタAMP1のゲートGamp1およびフローティングディフュージョンFD1とのコネクタとしての機能を有すると共に、有機光電変換部20において生じた電荷の伝送経路となっている。貫通電極34Yは、有機光電変換部70と、アンプトランジスタAMP2のゲートGamp2およびフローティングディフュージョンFD2とのコネクタとしての機能を有すると共に、有機光電変換部70において生じた電荷の伝送経路となっている。The through electrodes 34X and 34Y are provided, for example, for each of the organic photoelectric conversion units 20 and 70 in each of the image pickup elements 10A. The through electrodes 34X function as a connector between the organic photoelectric conversion unit 20 and the gate Gamp1 and floating diffusion FD1 of the amplifier transistor AMP1, and also serve as a transmission path for charges generated in the organic photoelectric conversion unit 20. The through electrodes 34Y function as a connector between the organic photoelectric conversion unit 70 and the gate Gamp2 and floating diffusion FD2 of the amplifier transistor AMP2, and also serve as a transmission path for charges generated in the organic photoelectric conversion unit 70.

フローティングディフュージョンFD1(リセットトランジスタRST1の一方のソース/ドレイン領域36B1)の隣にはリセットトランジスタRST1のリセットゲートGrst1が配置されている。これにより、フローティングディフュージョンFD1に蓄積された電荷を、リセットトランジスタRST1によりリセットすることが可能となる。フローティングディフュージョンFD2(リセットトランジスタRST2の一方のソース/ドレイン領域36B2)の隣にはリセットトランジスタRST2のリセットゲートGrst2が配置されている。これにより、フローティングディフュージョンFD2に蓄積された電荷を、リセットトランジスタRST2によりリセットすることが可能となる。 The reset gate Grst1 of the reset transistor RST1 is disposed next to the floating diffusion FD1 (one of the source/drain regions 36B1 of the reset transistor RST1). This allows the charge stored in the floating diffusion FD1 to be reset by the reset transistor RST1. The reset gate Grst2 of the reset transistor RST2 is disposed next to the floating diffusion FD2 (one of the source/drain regions 36B2 of the reset transistor RST2). This allows the charge stored in the floating diffusion FD2 to be reset by the reset transistor RST2.

本実施の形態の撮像素子10Aでは、上部電極75側から有機光電変換部20,70に入射した光は、それぞれ、光電変換層24,74で吸収される。これによって生じた励起子は、光電変換層24,74を構成する電子供与体と電子受容体との界面に移動し、励起子分離、即ち、電子と正孔とに解離する。ここで発生した電荷(電子および正孔)は、キャリアの濃度差による拡散や、陽極(例えば、上部電極25,75)と陰極(例えば、下部電極21,71)との仕事関数の差による内部電界によってそれぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流として検出される。また、下部電極21と上部電極25との間および下部電極71と上部電極75との間に、それぞれ電位を印加することによって、電子および正孔の輸送方向を制御することができる。In the imaging element 10A of the present embodiment, light incident on the organic photoelectric conversion units 20 and 70 from the upper electrode 75 side is absorbed by the photoelectric conversion layers 24 and 74, respectively. The excitons generated by this move to the interface between the electron donor and electron acceptor constituting the photoelectric conversion layers 24 and 74, and are dissociated into excitons, that is, into electrons and holes. The charges (electrons and holes) generated here are transported to different electrodes by diffusion due to the difference in carrier concentration and by an internal electric field due to the difference in work function between the anode (e.g., the upper electrode 25 and 75) and the cathode (e.g., the lower electrode 21 and 71), and are detected as a photocurrent. In addition, the transport direction of the electrons and holes can be controlled by applying a potential between the lower electrode 21 and the upper electrode 25 and between the lower electrode 71 and the upper electrode 75, respectively.

以下、各部の構成や材料等について説明する。 The structure and materials of each part are explained below.

有機光電変換部20,70は、選択的な波長帯域(例えば、400nm以上700nm以下)の一部または全部に対応する光を吸収して、励起子(電子-正孔対)を発生させる有機光電変換素子である。The organic photoelectric conversion units 20 and 70 are organic photoelectric conversion elements that absorb light corresponding to part or all of a selective wavelength band (e.g., 400 nm or more and 700 nm or less) and generate excitons (electron-hole pairs).

下部電極21は、上記のように、分離形成された読み出し電極21Aと蓄積電極21Bとから構成されている。読み出し電極21Aは、光電変換層24内で発生した電荷をフローティングディフュージョンFD1に転送するためのものである。読み出し電極21Aは、例えば、上部第2コンタクト29B、パッド部39A、上部第1コンタクト29A、貫通電極34X、接続部41Aおよび下部第2コンタクト46を介してフローティングディフュージョンFD1に接続されている。蓄積電極21Bは、光電変換層24内で発生した電荷のうち、電子を信号電荷として半導体層23内に蓄積するためのものである。蓄積電極21Bは、半導体基板30内に形成された無機光電変換部32の受光面と正対して、無機光電変換部32の受光面を覆う領域に設けられている。蓄積電極21Bは、読み出し電極21Aよりも大きいことが好ましい。これにより、多くの電荷を蓄積することができる。蓄積電極21Bには、図4に示したように、配線を介して電圧印加回路60が接続されている。As described above, the lower electrode 21 is composed of a read electrode 21A and a storage electrode 21B that are formed separately. The read electrode 21A is for transferring the charge generated in the photoelectric conversion layer 24 to the floating diffusion FD1. The read electrode 21A is connected to the floating diffusion FD1 via, for example, the upper second contact 29B, the pad portion 39A, the upper first contact 29A, the through electrode 34X, the connection portion 41A, and the lower second contact 46. The storage electrode 21B is for storing electrons, which are generated in the photoelectric conversion layer 24, as signal charges in the semiconductor layer 23. The storage electrode 21B is provided in a region that covers the light receiving surface of the inorganic photoelectric conversion unit 32, facing the light receiving surface of the inorganic photoelectric conversion unit 32 formed in the semiconductor substrate 30. It is preferable that the storage electrode 21B is larger than the read electrode 21A. This allows a large amount of charge to be stored. As shown in FIG. 4, a voltage application circuit 60 is connected to the storage electrode 21B via wiring.

下部電極21は、光透過性を有する導電膜により構成されている。下部電極21の構成材料としては、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、ドーパントとしてスズ(Sn)を添加したIn23、結晶性ITOおよびアモルファスITOを含むインジウム錫酸化物が挙げられる。下部電極21の構成材料としては、上記以外にも、ドーパントを添加した酸化スズ(SnO2)系材料、あるいはドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。酸化亜鉛系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム(Al)を添加したアルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、ガリウム(Ga)を添加したガリウム亜鉛酸化物(GZO)、ホウ素(B)を添加したホウ素亜鉛酸化物およびインジウム(In)を添加したインジウム亜鉛酸化物(IZO)が挙げられる。また、下部電極21の構成材料としては、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIN24、CdO、ZnSnO3またはTiO2等を用いてもよい。更に、スピネル形酸化物やYbFe24構造を有する酸化物を用いてもよい。 The lower electrode 21 is made of a conductive film having optical transparency. Examples of the material of the lower electrode 21 include indium tin oxide (ITO), In 2 O 3 with tin (Sn) added as a dopant, and indium tin oxide including crystalline ITO and amorphous ITO. In addition to the above, the material of the lower electrode 21 may be a tin oxide (SnO 2 )-based material with a dopant added, or a zinc oxide-based material with a dopant added. Examples of the zinc oxide-based material include aluminum zinc oxide (AZO) with aluminum (Al) added as a dopant, gallium zinc oxide (GZO) with gallium (Ga) added, boron zinc oxide with boron (B) added, and indium zinc oxide (IZO) with indium (In) added. Also, CuI, InSbO4 , ZnMgO, CuInO2 , MgIN2O4 , CdO, ZnSnO3 , TiO2, etc. may be used as the constituent material of the lower electrode 21. Furthermore, a spinel type oxide or an oxide having a YbFe2O4 structure may also be used.

半導体層23は、光電変換層24の下層、具体的には、絶縁層22と光電変換層24との間に設けられ、光電変換層24で発生した信号電荷を蓄積するためのものである。半導体層23は、光電変換層24よりも電荷の移動度が高く、且つ、バンドギャップが大きな材料を用いて形成されていることが好ましい。例えば、半導体層23の構成材料のバンドギャップは、3.0eV以上であることが好ましい。このような材料としては、例えば、IGZO等の酸化物半導体材料および有機半導体材料等が挙げられる。有機半導体材料としては、例えば、遷移金属ダイカルコゲナイド、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、グラフェン、カーボンナノチューブ、縮合多環炭化水素化合物および縮合複素環化合物等が挙げられる。半導体層23の厚みは、例えば10nm以上300nm以下である。上記材料によって構成された半導体層23を光電変換層24の下層に設けることにより、電荷蓄積時における電荷の再結合を防止し、転送効率を向上させることが可能となる。The semiconductor layer 23 is provided below the photoelectric conversion layer 24, specifically between the insulating layer 22 and the photoelectric conversion layer 24, and is for accumulating signal charges generated in the photoelectric conversion layer 24. The semiconductor layer 23 is preferably formed using a material that has a higher charge mobility and a larger band gap than the photoelectric conversion layer 24. For example, the band gap of the material constituting the semiconductor layer 23 is preferably 3.0 eV or more. Examples of such materials include oxide semiconductor materials such as IGZO and organic semiconductor materials. Examples of organic semiconductor materials include transition metal dichalcogenides, silicon carbide, diamond, graphene, carbon nanotubes, condensed polycyclic hydrocarbon compounds, and condensed heterocyclic compounds. The thickness of the semiconductor layer 23 is, for example, 10 nm or more and 300 nm or less. By providing the semiconductor layer 23 made of the above material below the photoelectric conversion layer 24, it is possible to prevent recombination of charges during charge accumulation and improve transfer efficiency.

光電変換層24は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するためのものである。本実施の形態の光電変換層24は、例えば、500nm以上600nm以下の緑色帯域の範囲の一部または全ての光を吸収する。光電変換層24は、例えば、p型半導体またはn型半導体として機能する有機材料を2種以上含んで構成されている。光電変換層24は、層内に、p型半導体とn型半導体との接合面(p/n接合面)を有する。p型半導体は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能するものであり、n型半導体は、相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能するものである。光電変換層24は、光を吸収した際に生じる励起子が電子と正孔とに分離する場を提供するものであり、具体的には、励起子は、電子供与体と電子受容体との界面(p/n接合面)において電子と正孔とに分離する。The photoelectric conversion layer 24 is for converting light energy into electrical energy. The photoelectric conversion layer 24 of this embodiment absorbs, for example, a part or all of the light in the range of the green band of 500 nm to 600 nm. The photoelectric conversion layer 24 is composed of, for example, two or more organic materials that function as p-type semiconductors or n-type semiconductors. The photoelectric conversion layer 24 has a junction surface (p/n junction surface) between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor within the layer. The p-type semiconductor functions relatively as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor functions relatively as an electron acceptor (acceptor). The photoelectric conversion layer 24 provides a place where excitons generated when light is absorbed separate into electrons and holes. Specifically, the excitons separate into electrons and holes at the interface (p/n junction surface) between the electron donor and the electron acceptor.

光電変換層24は、p型半導体およびn型半導体の他に、さらに、所定の波長帯域の光を光電変換する一方、他の波長帯域の光を透過させる有機材料、いわゆる色素材料を含んで構成されていてもよい。光電変換層24をp型半導体、n型半導体および色素材料の3種類の有機材料を用いて形成する場合には、p型半導体およびn型半導体は、可視領域(例えば、400nm~700nm)において光透過性を有する材料であることが好ましい。光電変換層24の厚みは、例えば25nm以上400nm以下であり、好ましくは、50nm以上350nm以下である。より好ましくは、150nm以上300nm以下である。In addition to the p-type semiconductor and the n-type semiconductor, the photoelectric conversion layer 24 may further include an organic material, so-called dye material, that photoelectrically converts light in a predetermined wavelength band while transmitting light in other wavelength bands. When the photoelectric conversion layer 24 is formed using three types of organic materials, the p-type semiconductor, the n-type semiconductor, and the dye material, it is preferable that the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are materials that have optical transparency in the visible range (e.g., 400 nm to 700 nm). The thickness of the photoelectric conversion layer 24 is, for example, 25 nm to 400 nm, preferably 50 nm to 350 nm. More preferably, it is 150 nm to 300 nm.

光電変換層24は、色素材料として、例えば、500nm以上600nm以下の波長帯域の光を吸収する、サブフタロシアニン、またはジピロメテン、またはメロシアニン、またはスクアリリウムまたはそれらの誘導体を含んで形成されている。光電変換層24を構成する他の有機材料としては、上記のように、可視領域(例えば、400nm~700nm)において光透過性を有する材料であることが好ましく、例えば、後述する式(4)で表されるC60フラーレンまたはその誘導体、あるいは、後述する式(5)で表されるC70フラーレンまたはその誘導体が挙げられる。更に、光電変換層24を構成する他の有機材料としては、例えば、正孔輸送性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、後述する式(6-1)~式(6-17)で表されるチオフェン誘導体やアントラセン誘導体、テトラセン誘導体等が挙げられる。なお、式(6-1)~式(6-17)のRは、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、カルボキシ基、エステル基、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、環状アルキル基または炭素数4~30の置換または無置換のアリール基あるいはヘテロアリール基である。 The photoelectric conversion layer 24 is formed by containing, as a dye material, for example, subphthalocyanine, dipyrromethene, merocyanine, squarylium, or derivatives thereof, which absorb light in a wavelength band of 500 nm or more and 600 nm or less. As the other organic material constituting the photoelectric conversion layer 24, as described above, it is preferable that the material has optical transparency in the visible region (for example, 400 nm to 700 nm), and for example, C 60 fullerene or its derivative represented by formula (4) described later, or C 70 fullerene or its derivative represented by formula (5) described later is included. Furthermore, as the other organic material constituting the photoelectric conversion layer 24, it is preferable to use, for example, a material having hole transport properties, and specifically, for example, thiophene derivatives, anthracene derivatives, tetracene derivatives, etc., which are represented by formulas (6-1) to (6-17) described later are included. In addition, R in formulas (6-1) to (6-17) is each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an amino group, an alkoxy group, an acylamino group, a carboxy group, an ester group, a linear alkyl group, a branched alkyl group, a cyclic alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group or heteroaryl group having 4 to 30 carbon atoms.

上記有機材料は、その組み合わせによってp型半導体またはn型半導体として機能する。 Depending on the combination, the above organic materials function as p-type or n-type semiconductors.

上部電極25は、下部電極21と同様に光透過性を有する導電膜により構成されている。撮像素子10Aを1つの画素として用いた撮像装置1では、上部電極25は画素毎に分離されていてもよいし、各画素に共通の電極として形成されていてもよい。上部電極25の厚みは、例えば10nm~200nmである。The upper electrode 25 is made of a conductive film having optical transparency, similar to the lower electrode 21. In an imaging device 1 using the imaging element 10A as one pixel, the upper electrode 25 may be separated for each pixel, or may be formed as an electrode common to each pixel. The thickness of the upper electrode 25 is, for example, 10 nm to 200 nm.

下部電極71、半導体層73および上部電極75は、それぞれ、上述した下部電極21、半導体層23および上部電極25と同様の構成を有し、例えば、同様の材料を用いて形成することができる。The lower electrode 71, the semiconductor layer 73 and the upper electrode 75 have the same configuration as the lower electrode 21, the semiconductor layer 23 and the upper electrode 25 described above, respectively, and can be formed, for example, using the same materials.

光電変換層74は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するためのものであり、例えば、400nm以上500nm以下の青色帯域の一部または全ての光を吸収する。具体的には、光電変換層74は、例えば、波長450nmの吸収率が70%以上、且つ、560nm以上700nm以下の波長の吸収率が20%未満の有機層であり、例えば、後述する有機材料を用いて形成することができる。The photoelectric conversion layer 74 is for converting light energy into electrical energy, and absorbs, for example, some or all of the light in the blue band between 400 nm and 500 nm. Specifically, the photoelectric conversion layer 74 is an organic layer having an absorptivity of 70% or more at a wavelength of 450 nm and less than 20% at a wavelength between 560 nm and 700 nm, and can be formed, for example, using an organic material described later.

光電変換層74は、光電変換層24と同様に、p型半導体またはn型半導体として機能する有機材料を2種以上含んで構成されており、層内に、p型半導体とn型半導体との接合面(p/n接合面)を有する。Like photoelectric conversion layer 24, photoelectric conversion layer 74 is composed of two or more organic materials that function as p-type or n-type semiconductors, and has a junction surface between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor (p/n junction surface) within the layer.

光電変換層74は、p型半導体およびn型半導体の他に、さらに、青色帯域の光を光電変換する一方、他の波長帯域の光を透過させる有機材料、いわゆる色素材料を含んで構成されている。光電変換層74をp型半導体、n型半導体および色素材料の3種類の有機材料を用いて形成する場合には、p型半導体およびn型半導体は、可視領域(例えば、400nm~700nm)において光透過性を有する材料であることが好ましい。光電変換層74の厚みは、例えば25nm以上400nm以下であり、好ましくは、50nm以上350nm以下である。より好ましくは、150nm以上300nm以下である。In addition to the p-type and n-type semiconductors, the photoelectric conversion layer 74 further includes an organic material, a so-called dye material, that photoelectrically converts light in the blue wavelength band while transmitting light in other wavelength bands. When the photoelectric conversion layer 74 is formed using three types of organic materials, the p-type semiconductor, the n-type semiconductor, and the dye material, it is preferable that the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are materials that have optical transparency in the visible range (e.g., 400 nm to 700 nm). The thickness of the photoelectric conversion layer 74 is, for example, 25 nm to 400 nm, and preferably 50 nm to 350 nm. More preferably, it is 150 nm to 300 nm.

本実施の形態では、光電変換層74は、色素材料として、例えば、下記一般式(1)または一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体を含んで形成されている。この一般式(1)または一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体は、例えば電子受容性を有し、例えば400nm以上500nm以下の光を吸収するBODIPY色素である。In this embodiment, the photoelectric conversion layer 74 is formed by including, as a dye material, for example, a dipyrromethene derivative represented by the following general formula (1) or general formula (2). The dipyrromethene derivative represented by general formula (1) or general formula (2) is, for example, a BODIPY dye that has electron accepting properties and absorbs light of, for example, 400 nm or more and 500 nm or less.

Figure 0007571726000002

(Xは、酸素原子または硫黄原子である。R,R’は、各々独立して、置換または無置換の直鎖アルキル基、分岐アルキル基、環状アルキル基、フルオロアルキル基、アリール基およびヘテロアリール基から選択される。Y1~Y6,Y’1~Y’6は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、環状アルキル基、チオアルキル基、チオアリール基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニル基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、カルボキシ基、カルボキソアミド基、カルボアルコキシ基、アシル基、スルホニル基、シアノ基およびニトロ基から選択される。Y7,Y8は、各々独立して、ハロゲン原子、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、環状アルキル基、フルオロアルキル基、アミノ基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、アミド基、アシル基、スルホニル基およびシアノ基から選択される。Zは、ホウ素原子または金属原子である。)
Figure 0007571726000002

(X is an oxygen atom or a sulfur atom. R and R' are each independently selected from a substituted or unsubstituted linear alkyl group, branched alkyl group, cyclic alkyl group, fluoroalkyl group, aryl group, and heteroaryl group. Y1 to Y6 and Y'1 to Y'6 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear alkyl group, a branched alkyl group, a cyclic alkyl group, a thioalkyl group, a thioaryl group, an arylsulfonyl group, an alkylsulfonyl group, an amino group, an alkylamino group, an arylamino group, a hydroxy group, an alkoxy group, or an acylamino group. , an acyloxy group, an aryl group, a heteroaryl group, a carboxy group, a carboxamido group, a carboalkoxy group, an acyl group, a sulfonyl group, a cyano group, and a nitro group. Y7 and Y8 are each independently selected from a halogen atom, a straight-chain alkyl group, a branched alkyl group, a cyclic alkyl group, a fluoroalkyl group, an amino group, an alkoxy group, an alkylthio group, an acylamino group, an acyloxy group, an aryl group, a heteroaryl group, an amide group, an acyl group, a sulfonyl group, and a cyano group. Z is a boron atom or a metal atom.

上記金属原子は、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄、パラジウム、銅、亜鉛、ガリウム、スズ、イリジウム、白金、ケイ素およびリンのうちのいずれかである。上記一般式(1)で表されるジピロメテン誘導体の具体例としては、例えば、下記式(1-1)~式(1-24)で表される化合物が挙げられる。The metal atom is any one of magnesium, calcium, aluminum, nickel, cobalt, iron, palladium, copper, zinc, gallium, tin, iridium, platinum, silicon, and phosphorus. Specific examples of the dipyrromethene derivative represented by the above general formula (1) include the compounds represented by the following formulas (1-1) to (1-24).

Figure 0007571726000003
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Figure 0007571726000004
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Figure 0007571726000005
Figure 0007571726000005

上記一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体の具体例としては、例えば、下記式(2-1)~式(2-6)で表される化合物が挙げられる。 Specific examples of the dipyrromethene derivative represented by the above general formula (2) include the compounds represented by the following formulas (2-1) to (2-6).

Figure 0007571726000006
Figure 0007571726000006

光電変換層74を構成する他の有機材料としては、上記のように、可視領域(例えば、400nm~700nm)において光透過性を有する材料であることが好ましく、例えば、下記式(4)で表されるC60フラーレンまたはその誘導体、あるいは、下記式(5)で表されるC70フラーレンまたはその誘導体が挙げられる。更に、光電変換層24を構成する他の有機材料としては、例えば、正孔輸送性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、下記式(6-1)~式(6-17)で表されるチオフェン誘導体やアントラセン誘導体、テトラセン誘導体等が挙げられる。なお、式(6-1)~式(6-17)のRは、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、カルボキシ基、エステル基、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、環状アルキル基または炭素数4~30の置換または無置換のアリール基あるいはヘテロアリール基である。 As the other organic material constituting the photoelectric conversion layer 74, as described above, it is preferable that the material has optical transparency in the visible region (for example, 400 nm to 700 nm), and for example, C 60 fullerene or its derivative represented by the following formula (4), or C 70 fullerene or its derivative represented by the following formula (5) is used. Furthermore, as the other organic material constituting the photoelectric conversion layer 24, it is preferable to use a material having hole transport properties, and specifically, for example, thiophene derivatives, anthracene derivatives, tetracene derivatives, etc. represented by the following formulas (6-1) to (6-17) are used. Note that R in formulas (6-1) to (6-17) is each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an amino group, an alkoxy group, an acylamino group, a carboxy group, an ester group, a linear alkyl group, a branched alkyl group, a cyclic alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group or heteroaryl group having 4 to 30 carbon atoms.

Figure 0007571726000007
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Figure 0007571726000008
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Figure 0007571726000009
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上記有機材料は、その組み合わせによってp型半導体またはn型半導体として機能する。 Depending on the combination, the above organic materials function as p-type or n-type semiconductors.

半導体層23と光電変換層24との間および光電変換層24と上部電極25との間、ならびに、半導体層73と光電変換層74との間および光電変換層74と上部電極75との間には、それぞれ、他の層が設けられていてもよい。Other layers may be provided between the semiconductor layer 23 and the photoelectric conversion layer 24, between the photoelectric conversion layer 24 and the upper electrode 25, and between the semiconductor layer 73 and the photoelectric conversion layer 74, and between the photoelectric conversion layer 74 and the upper electrode 75.

例えば、図5に示した撮像素子10Bのように、有機光電変換部20は、例えば、下部電極21側から順に、半導体層23、正孔ブロック層24A、光電変換層24および電子ブロック層24Bが積層された構成であってもよい。有機光電変換部70は、例えば、下部電極71側から順に、半導体層73、正孔ブロック層74A(第1の電荷ブロック層)、光電変換層74および電子ブロック層74B(第2の電荷ブロック層)が積層された構成であってもよい。5, the organic photoelectric conversion unit 20 may have a configuration in which, for example, a semiconductor layer 23, a hole blocking layer 24A, a photoelectric conversion layer 24, and an electron blocking layer 24B are stacked in this order from the lower electrode 21 side. The organic photoelectric conversion unit 70 may have a configuration in which, for example, a semiconductor layer 73, a hole blocking layer 74A (first charge blocking layer), a photoelectric conversion layer 74, and an electron blocking layer 74B (second charge blocking layer) are stacked in this order from the lower electrode 71 side.

更に、下部電極21と光電変換層24との間および下部電極71と光電変換層74との間には、それぞれ、例えば、下引き層や正孔輸送層が設けられていてもよい。光電変換層24と上部電極25との間および光電変換層74と上部電極75との間には、仕事関数調整層やバッファ層、あるいは電子輸送層が設けられていてもよい。Furthermore, for example, an undercoat layer or a hole transport layer may be provided between the lower electrode 21 and the photoelectric conversion layer 24 and between the lower electrode 71 and the photoelectric conversion layer 74. A work function adjustment layer, a buffer layer, or an electron transport layer may be provided between the photoelectric conversion layer 24 and the upper electrode 25 and between the photoelectric conversion layer 74 and the upper electrode 75.

絶縁層22,72は、それぞれ、蓄積電極21Bと半導体層23とを、蓄積電極71Bと半導体層73とを、電気的に分離するためのものである。絶縁層22は、下部電極21を覆うように、例えば、層間絶縁層28内に設けられている。また、絶縁層22には、下部電極21のうち、読み出し電極21A上に開口22Hが設けられており、この開口22Hを介して、読み出し電極21Aと半導体層23とが電気的に接続されている。絶縁層72は、下部電極71を覆うように、例えば、層間絶縁層28上に設けられている。また、絶縁層72には、下部電極71のうち、読み出し電極71A上に開口72Hが設けられており、この開口72Hを介して、読み出し電極71Aと半導体層23とが電気的に接続されている。The insulating layers 22 and 72 are for electrically isolating the storage electrode 21B from the semiconductor layer 23, and the storage electrode 71B from the semiconductor layer 73, respectively. The insulating layer 22 is provided, for example, in the interlayer insulating layer 28 so as to cover the lower electrode 21. In addition, the insulating layer 22 has an opening 22H on the read electrode 21A of the lower electrode 21, and the read electrode 21A and the semiconductor layer 23 are electrically connected through this opening 22H. The insulating layer 72 is provided, for example, on the interlayer insulating layer 28 so as to cover the lower electrode 71. In addition, the insulating layer 72 has an opening 72H on the read electrode 71A of the lower electrode 71, and the read electrode 71A and the semiconductor layer 23 are electrically connected through this opening 72H.

絶縁層22,72は、例えば、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)および酸窒化シリコン(SiON)等のうちの1種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。絶縁層22,72の厚みは、例えば、20nm~500nmである。 The insulating layers 22 and 72 are each formed of a single layer of one of silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), etc., or a laminated film of two or more of these materials. The thickness of the insulating layers 22 and 72 is, for example, 20 nm to 500 nm.

誘電体膜26は、半導体基板30と絶縁膜27との間の屈折率差によって生じる光の反射を防止するためのものである。誘電体膜26の材料としては、半導体基板30の屈折率と絶縁膜27の屈折率との間の屈折率を有する材料であることが好ましい。更に、誘電体膜26の材料としては、例えば、負の固定電荷を有する膜を形成可能な材料を用いることが好ましい。あるいは、誘電体膜26の材料としては、半導体基板30よりもバンドギャップの広い半導体材料または導電材料を用いることが好ましい。これにより、半導体基板30の界面における暗電流の発生を抑えることが可能となる。このような材料としては、酸化ハフニウム(HfOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化チタン(TiOx)、酸化ランタン(LaOx)、酸化プラセオジム(PrOx)、酸化セリウム(CeOx)、酸化ネオジム(NdOx)、酸化プロメチウム(PmOx)、酸化サマリウム(SmOx)、酸化ユウロピウム(EuOx)、酸化ガドリニウム(GdOx)、酸化テルビウム(TbOx)、酸化ジスプロシウム(DyOx)、酸化ホルミウム(HoOx)、酸化ツリウム(TmOx)、酸化イッテルビウム(YbOx)、酸化ルテチウム(LuOx)、酸化イットリウム(YOx)、窒化ハフニウム(HfNx)、窒化アルミニウム(AlNx)、酸窒化ハフニウム(HfOxy)および酸窒化アルミニウム(AlOxy)等が挙げられる。 The dielectric film 26 is intended to prevent light reflection caused by the difference in refractive index between the semiconductor substrate 30 and the insulating film 27. The material of the dielectric film 26 is preferably a material having a refractive index between the refractive index of the semiconductor substrate 30 and the refractive index of the insulating film 27. Furthermore, the material of the dielectric film 26 is preferably a material capable of forming a film having a negative fixed charge. Alternatively, the material of the dielectric film 26 is preferably a semiconductor material or a conductive material having a wider band gap than the semiconductor substrate 30. This makes it possible to suppress the generation of dark current at the interface of the semiconductor substrate 30. Such materials include hafnium oxide (HfO x ), aluminum oxide (AlO x ), zirconium oxide (ZrO x ), tantalum oxide (TaO x ), titanium oxide (TiO x ), lanthanum oxide (LaO x ), praseodymium oxide (PrO x ), cerium oxide (CeO x ), neodymium oxide (NdO x ), promethium oxide (PmO x ), samarium oxide (SmO x ), europium oxide (EuO x ), gadolinium oxide (GdO x ), terbium oxide (TbO x ), dysprosium oxide (DyO x ), holmium oxide (HoO x ), thulium oxide (TmO x ), ytterbium oxide (YbO x ), lutetium oxide (LuO x ), yttrium oxide (YO x ), hafnium nitride (HfN x ), aluminum nitride (AlN x ) , ), hafnium oxynitride (HfO x N y ), and aluminum oxynitride (AlO x N y ).

絶縁膜27は、半導体基板30の第1面(面30S1)および貫通孔30H1,30H2の側面に形成された誘電体膜26上に設けられ、貫通電極34X,34Yと半導体基板30との間を電気的に絶縁するためのものである。絶縁膜27の材料としては、例えば、酸化シリコン(SiOx)、TEOS、窒化シリコン(SiNx)および酸窒化シリコン(SiON)等が挙げられる。 The insulating film 27 is provided on the dielectric film 26 formed on the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30 and on the side surfaces of the through holes 30H1, 30H2, and serves to electrically insulate the through electrodes 34X, 34Y from the semiconductor substrate 30. Examples of materials for the insulating film 27 include silicon oxide (SiO x ), TEOS, silicon nitride (SiN x ), and silicon oxynitride (SiON).

層間絶縁層28は、例えば、酸化シリコン(SiOx)、TEOS、窒化シリコン(SiNx)および酸窒化シリコン(SiON)等のうちの1種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。 The interlayer insulating layer 28 is configured, for example, as a single layer film made of one of silicon oxide (SiO x ), TEOS, silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), etc., or as a laminate film made of two or more of these materials.

保護層51は、光透過性を有する材料により構成され、例えば、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)および酸窒化シリコン(SiON)等のうちのいずれかよりなる単層膜、あるいはそれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。保護層51の厚みは、例えば、100nm~30000nmである。 The protective layer 51 is made of a light-transmitting material, and is, for example, a single layer film made of any one of silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), etc., or a laminate film made of two or more of these materials. The thickness of the protective layer 51 is, for example, 100 nm to 30,000 nm.

半導体基板30は、例えば、n型のシリコン(Si)基板により構成され、所定の領域(例えば画素部1a)にpウェル31を有している。pウェル31の第2面(面30S2)には、上述した転送トランジスタTr3と、アンプトランジスタAMP1,AMP2,AMP3と、リセットトランジスタRST1,RST2,RST3と、選択トランジスタSEL1,SEL2,SEL3等が設けられている。また、半導体基板30の周辺部(周辺部1b)には、図2に示したように、ロジック回路等からなる、例えば、画素読み出し回路110および画素駆動回路120が設けられている。The semiconductor substrate 30 is, for example, an n-type silicon (Si) substrate, and has a p-well 31 in a predetermined region (for example, pixel portion 1a). The second surface (surface 30S2) of the p-well 31 is provided with the transfer transistor Tr3, amplifier transistors AMP1, AMP2, AMP3, reset transistors RST1, RST2, RST3, and selection transistors SEL1, SEL2, SEL3, etc., described above. In addition, the peripheral portion (peripheral portion 1b) of the semiconductor substrate 30 is provided with, for example, a pixel readout circuit 110 and a pixel drive circuit 120, which are composed of logic circuits, etc., as shown in FIG. 2.

リセットトランジスタRST1(リセットトランジスタTR1rst)およびリセットトランジスタRST2(リセットトランジスタTR2rst)は、例えば、それぞれ、有機光電変換部20,70からフローティングディフュージョンFD1,FD2に転送された電荷をリセットするものであり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。The reset transistor RST1 (reset transistor TR1rst) and the reset transistor RST2 (reset transistor TR2rst) reset, for example, the charges transferred from the organic photoelectric conversion units 20 and 70 to the floating diffusions FD1 and FD2, respectively, and are composed of, for example, MOS transistors.

具体的には、リセットトランジスタTR1rstは、リセットゲートGrst1と、チャネル形成領域36A1と、ソース/ドレイン領域36B1,36C1とから構成されている。リセットゲートGrst1は、リセット線RST1に接続され、リセットトランジスタTR1rstの一方のソース/ドレイン領域36B1は、フローティングディフュージョンFD1を兼ねている。リセットトランジスタTR1rstを構成する他方のソース/ドレイン領域36C1は、電源線VDDに接続されている。リセットトランジスタTR2rstは、リセットゲートGrst2と、チャネル形成領域36A2と、ソース/ドレイン領域36B2,36C2とから構成されている。リセットゲートGrst2は、リセット線RST2に接続され、リセットトランジスタTR2rstの一方のソース/ドレイン領域36B2は、フローティングディフュージョンFD2を兼ねている。リセットトランジスタTR2rstを構成する他方のソース/ドレイン領域36C2は、電源線VDDに接続されている。Specifically, the reset transistor TR1rst is composed of a reset gate Grst1, a channel formation region 36A1, and source/drain regions 36B1 and 36C1. The reset gate Grst1 is connected to a reset line RST1, and one of the source/drain regions 36B1 of the reset transistor TR1rst also serves as a floating diffusion FD1. The other of the source/drain regions 36C1 constituting the reset transistor TR1rst is connected to a power supply line VDD. The reset transistor TR2rst is composed of a reset gate Grst2, a channel formation region 36A2, and source/drain regions 36B2 and 36C2. The reset gate Grst2 is connected to a reset line RST2, and one of the source/drain regions 36B2 of the reset transistor TR2rst also serves as a floating diffusion FD2. The other source/drain region 36C2 constituting the reset transistor TR2rst is connected to the power supply line VDD.

アンプトランジスタAMP1(アンプトランジスタTR1amp)およびアンプトランジスタAMP2(アンプトランジスタTR2amp)は、例えば、それぞれ、有機光電変換部20,70で生じた電荷量を電圧に変調する変調素子であり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。The amplifier transistor AMP1 (amplifier transistor TR1amp) and the amplifier transistor AMP2 (amplifier transistor TR2amp) are, for example, modulation elements that modulate the amount of charge generated in the organic photoelectric conversion units 20 and 70, respectively, into a voltage, and are, for example, composed of a MOS transistor.

具体的には、アンプトランジスタTR1ampは、ゲートGamp1と、チャネル形成領域35A1と、ソース/ドレイン領域35B1,35C1とから構成されている。ゲートGamp1は、下部第1コンタクト45A、接続部41A、下部第2コンタクト46Aおよび貫通電極34X等を介して、読み出し電極21AおよびリセットトランジスタTr1rstの一方のソース/ドレイン領域36B1(フローティングディフュージョンFD1)に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域35B1は、リセットトランジスタTr1rstを構成する他方のソース/ドレイン領域36C1と領域を共有しており、電源線VDDに接続されている。アンプトランジスタTR2ampは、ゲートGamp2と、チャネル形成領域35A2と、ソース/ドレイン領域35B2,35C2とから構成されている。ゲートGamp2は、下部第3コンタクト45B、接続部42B、下部第4コンタクト46B、貫通電極34Y、上部第4コンタクト79A、パッド部69A、上部第5コンタクト79B、パッド部69Bおよび上部第6コンタクト79Cを介して読み出し電極71AおよびリセットトランジスタTr2rstの一方のソース/ドレイン領域36B2(フローティングディフュージョンFD2)に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域35B2は、リセットトランジスタTr2rstを構成する他方のソース/ドレイン領域36C2と領域を共有しており、電源線VDDに接続されている。Specifically, the amplifier transistor TR1amp is composed of a gate Gamp1, a channel formation region 35A1, and source/drain regions 35B1 and 35C1. The gate Gamp1 is connected to the read electrode 21A and one of the source/drain regions 36B1 (floating diffusion FD1) of the reset transistor Tr1rst via the lower first contact 45A, the connection portion 41A, the lower second contact 46A, the through electrode 34X, etc. In addition, one of the source/drain regions 35B1 shares an area with the other of the source/drain regions 36C1 constituting the reset transistor Tr1rst, and is connected to the power line VDD. The amplifier transistor TR2amp is composed of a gate Gamp2, a channel formation region 35A2, and source/drain regions 35B2 and 35C2. The gate Gamp2 is connected to the read electrode 71A and one of the source/drain regions 36B2 (floating diffusion FD2) of the reset transistor Tr2rst via the lower third contact 45B, the connection portion 42B, the lower fourth contact 46B, the through electrode 34Y, the upper fourth contact 79A, the pad portion 69A, the upper fifth contact 79B, the pad portion 69B, and the upper sixth contact 79C. The one of the source/drain regions 35B2 shares an area with the other of the source/drain regions 36C2 constituting the reset transistor Tr2rst, and is connected to the power supply line VDD.

選択トランジスタSEL1(選択トランジスタTR1sel)は、ゲートGsel1と、チャネル形成領域34A1と、ソース/ドレイン領域34B1,34C1とから構成されている。ゲートGsel1は、選択線SEL1に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域34B1は、アンプトランジスタAMP1を構成する他方のソース/ドレイン領域35C1と領域を共有しており、他方のソース/ドレイン領域34C1は、信号線(データ出力線)VSL1に接続されている。選択トランジスタSEL2(選択トランジスタTR2sel)は、ゲートGsel2と、チャネル形成領域34A2と、ソース/ドレイン領域34B2,34C2とから構成されている。ゲートGsel2は、選択線SEL2に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域34B2は、アンプトランジスタAMP2を構成する他方のソース/ドレイン領域35C2と領域を共有しており、他方のソース/ドレイン領域34C2は、信号線(データ出力線)VSL2に接続されている。 The selection transistor SEL1 (selection transistor TR1sel) is composed of a gate Gsel1, a channel formation region 34A1, and source/drain regions 34B1 and 34C1. The gate Gsel1 is connected to the selection line SEL1. One source/drain region 34B1 shares an area with the other source/drain region 35C1 constituting the amplifier transistor AMP1, and the other source/drain region 34C1 is connected to the signal line (data output line) VSL1. The selection transistor SEL2 (selection transistor TR2sel) is composed of a gate Gsel2, a channel formation region 34A2, and source/drain regions 34B2 and 34C2. The gate Gsel2 is connected to the selection line SEL2. One source/drain region 34B2 shares an area with the other source/drain region 35C2 constituting the amplifier transistor AMP2, and the other source/drain region 34C2 is connected to a signal line (data output line) VSL2.

無機光電変換部32は、半導体基板30の所定の領域にpn接合を有する。無機光電変換部32は、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものである。なお、赤(R)は、例えば620nm以上750nm以下の波長帯域に対応する色である。無機光電変換部32は、例えば620nm~750nmの赤色帯域のうちの一部または全ての光を検出可能となっていればよい。The inorganic photoelectric conversion unit 32 has a pn junction in a predetermined region of the semiconductor substrate 30. The inorganic photoelectric conversion unit 32 selectively detects red light and accumulates a signal charge corresponding to the red color. Note that red (R) is a color corresponding to a wavelength band of, for example, 620 nm or more and 750 nm or less. The inorganic photoelectric conversion unit 32 may be capable of detecting some or all of the light in the red band of, for example, 620 nm to 750 nm.

無機光電変換部32は、例えば、正孔蓄積層となるp+領域と、電子蓄積層となるn領域とを含んで構成されている(p-n-pの積層構造を有する)。The inorganic photoelectric conversion unit 32 is configured to include, for example, a p+ region that serves as a hole accumulation layer and an n region that serves as an electron accumulation layer (having a p-n-p layered structure).

転送トランジスタTr3(転送トランジスタTR3trs)は、無機光電変換部32において発生し、蓄積された赤色に対応する信号電荷を、フローティングディフュージョンFD3に転送するものであり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。また、転送トランジスタTR3trsは、転送ゲート線TG3に接続されている。更に、転送トランジスタTR3trsのゲートGtrs3の近傍の領域38Cには、フローティングディフュージョンFD3が設けられている。無機光電変換部32に蓄積された電荷は、ゲートGtrs3に沿って形成される転送チャネルを介してフローティングディフュージョンFD3に読み出される。The transfer transistor Tr3 (transfer transistor TR3trs) transfers the signal charge corresponding to red generated and accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 32 to the floating diffusion FD3, and is composed of, for example, a MOS transistor. The transfer transistor TR3trs is connected to a transfer gate line TG3. Furthermore, a floating diffusion FD3 is provided in the region 38C near the gate Gtrs3 of the transfer transistor TR3trs. The charge accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 32 is read out to the floating diffusion FD3 via a transfer channel formed along the gate Gtrs3.

半導体基板30の第2面(面30S2)側には、さらに、無機光電変換部32の制御部を構成するリセットトランジスタTR3rstと、アンプトランジスタTR3ampと、選択トランジスタTR3selとが設けられている。Further provided on the second surface (surface 30S2) of the semiconductor substrate 30 are a reset transistor TR3rst, an amplifier transistor TR3amp, and a selection transistor TR3sel which constitute the control unit of the inorganic photoelectric conversion unit 32.

リセットトランジスタTR3rstは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。リセットトランジスタTR3rstのゲートはリセット線RST3に接続され、リセットトランジスタTR3rstを構成する一方のソース/ドレイン領域は電源線VDDに接続されている。リセットトランジスタTR3rstを構成する他方のソース/ドレイン領域は、フローティングディフュージョンFD3を兼ねている。The reset transistor TR3rst is composed of a gate, a channel formation region, and a source/drain region. The gate of the reset transistor TR3rst is connected to the reset line RST3, and one of the source/drain regions constituting the reset transistor TR3rst is connected to the power supply line VDD. The other source/drain region constituting the reset transistor TR3rst also serves as the floating diffusion FD3.

アンプトランジスタTR3ampは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。ゲートは、リセットトランジスタTR3rstを構成する他方のソース/ドレイン領域(フローティングディフュージョンFD3)に接続されている。また、アンプトランジスタTR3ampを構成する一方のソース/ドレイン領域は、リセットトランジスタTR3rstを構成する一方のソース/ドレイン領域と領域を共有しており、電源線VDDに接続されている。The amplifier transistor TR3amp is composed of a gate, a channel formation region, and a source/drain region. The gate is connected to the other source/drain region (floating diffusion FD3) constituting the reset transistor TR3rst. In addition, one of the source/drain regions constituting the amplifier transistor TR3amp shares an area with one of the source/drain regions constituting the reset transistor TR3rst, and is connected to the power supply line VDD.

選択トランジスタTR3selは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。ゲートは、選択線SEL3に接続されている。また、選択トランジスタTR3selを構成する一方のソース/ドレイン領域は、アンプトランジスタTR3ampを構成する他方のソース/ドレイン領域と領域を共有している。選択トランジスタTR3selを構成する他方のソース/ドレイン領域は、信号線(データ出力線)VSL3に接続されている。The selection transistor TR3sel is composed of a gate, a channel formation region, and a source/drain region. The gate is connected to the selection line SEL3. One of the source/drain regions constituting the selection transistor TR3sel shares an area with the other source/drain region constituting the amplifier transistor TR3amp. The other source/drain region constituting the selection transistor TR3sel is connected to a signal line (data output line) VSL3.

リセット線RST1,RST2,RST3、選択線SEL1,SEL2,SEL3、転送ゲート線TG3は、それぞれ、駆動回路を構成する垂直駆動回路112に接続されている。信号線(データ出力線)VSL1,VSL2,VSL3は、駆動回路を構成するカラム信号処理回路113に接続されている。The reset lines RST1, RST2, and RST3, the selection lines SEL1, SEL2, and SEL3, and the transfer gate line TG3 are each connected to a vertical drive circuit 112 that constitutes a drive circuit. The signal lines (data output lines) VSL1, VSL2, and VSL3 are connected to a column signal processing circuit 113 that constitutes a drive circuit.

下部第1コンタクト45A、下部第2コンタクト46A、下部第3コンタクト45B、下部だ4コンタクト46B、上部第1コンタクト29A、上部第2コンタクト29B、上部第3コンタクト29C、上部第4コンタクト79A、上部第5コンタクト79Bおよび上部第6コンタクト79Cは、例えば、PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon)等のドープされたシリコン材料、または、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等の金属材料により構成されている。The lower first contact 45A, the lower second contact 46A, the lower third contact 45B, the lower fourth contact 46B, the upper first contact 29A, the upper second contact 29B, the upper third contact 29C, the upper fourth contact 79A, the upper fifth contact 79B and the upper sixth contact 79C are made of, for example, a doped silicon material such as PDAS (Phosphorus Doped Amorphous Silicon), or a metal material such as aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), cobalt (Co), hafnium (Hf), tantalum (Ta), etc.

(1-2.撮像素子の製造方法)
本実施の形態の撮像素子10Aは、例えば、次のようにして製造することができる。
(1-2. Manufacturing method of image sensor)
The imaging element 10A of the present embodiment can be manufactured, for example, as follows.

図6~図10は、撮像素子10Aの製造方法を工程順に表したものである。まず、図6に示したように、半導体基板30内に、第1の導電型のウェルとして例えばpウェル31を形成し、このpウェル31内に第2の導電型(例えばn型)の無機光電変換部32を形成する。半導体基板30の第1面(面30S1)近傍にはp+領域を形成する。6 to 10 show the manufacturing method of the image sensor 10A in the order of steps. First, as shown in Fig. 6, a well of a first conductivity type, for example a p-well 31, is formed in a semiconductor substrate 30, and an inorganic photoelectric conversion section 32 of a second conductivity type (for example n-type) is formed in this p-well 31. A p+ region is formed near the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30.

半導体基板30の第2面(面30S2)には、同じく図6に示したように、例えばフローティングディフュージョンFD1~FD3となるn+領域を形成したのち、ゲート絶縁層33と、転送トランジスタTr3、選択トランジスタSEL1,SEL2,SEL3、アンプトランジスタAMP1,AMP2,AMP3およびリセットトランジスタRST1,RST2,RST3の各ゲートを含むゲート配線層47とを形成する。更に、半導体基板30の第2面(面30S2)上に、下部第1コンタクト45A、下部第2コンタクト46A、下部第3コンタクト45B、下部第4コンタクト46Bならびに接続部41A,41Bを含む配線層41~43および絶縁層44からなる多層配線層40を形成する。6, n+ regions that will become floating diffusions FD1 to FD3 are formed on the second surface (surface 30S2) of the semiconductor substrate 30, and then a gate insulating layer 33 and a gate wiring layer 47 including the gates of the transfer transistor Tr3, the selection transistors SEL1, SEL2, and SEL3, the amplifier transistors AMP1, AMP2, and AMP3, and the reset transistors RST1, RST2, and RST3 are formed. Furthermore, a multilayer wiring layer 40 consisting of wiring layers 41 to 43 and an insulating layer 44 including a lower first contact 45A, a lower second contact 46A, a lower third contact 45B, a lower fourth contact 46B, and connection portions 41A and 41B is formed on the second surface (surface 30S2) of the semiconductor substrate 30.

半導体基板30の基体としては、例えば、半導体基板30と、埋込み酸化膜(図示せず)と、保持基板(図示せず)とを積層したSOI(Silicon on Insulator)基板を用いる。埋込み酸化膜および保持基板は、図6には図示しないが、半導体基板30の第1面(面30S1)に接合されている。イオン注入後、アニール処理を行う。The base of the semiconductor substrate 30 is, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which the semiconductor substrate 30, a buried oxide film (not shown), and a holding substrate (not shown) are stacked. The buried oxide film and the holding substrate are bonded to the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30, although they are not shown in FIG. 6. After the ion implantation, an annealing process is performed.

次いで、半導体基板30の第2面(面30S2)側(多層配線層40側)に支持基板(図示せず)または他の半導体基体等を接合して、上下反転する。続いて、半導体基板30をSOI基板の埋込み酸化膜および保持基板から分離し、半導体基板30の第1面(面30S1)を露出させる。以上の工程は、イオン注入およびCVD(Chemical Vapor Deposition)等、通常のCMOSプロセスで使用されている技術にて行うことが可能である。Next, a support substrate (not shown) or another semiconductor substrate is bonded to the second surface (surface 30S2) side (multilayer wiring layer 40 side) of the semiconductor substrate 30, and the substrate is inverted. Next, the semiconductor substrate 30 is separated from the buried oxide film of the SOI substrate and the holding substrate, and the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30 is exposed. The above steps can be performed using techniques used in normal CMOS processes, such as ion implantation and CVD (Chemical Vapor Deposition).

次に、図7に示したように、例えばドライエッチングにより半導体基板30を第1面(面30S1)側から加工し、例えば環状の貫通孔30H1,30H2を形成する。貫通孔30H1,30H2の深さは、図7に示したように、半導体基板30の第1面(面30S1)から第2面(面30S2)まで貫通すると共に、例えば、接続部41A,41Bまで達するものである。7, the semiconductor substrate 30 is processed from the first surface (surface 30S1) side by, for example, dry etching to form, for example, annular through holes 30H1 and 30H2. As shown in FIG. 7, the depth of the through holes 30H1 and 30H2 penetrates from the first surface (surface 30S1) to the second surface (surface 30S2) of the semiconductor substrate 30 and reaches, for example, the connection portions 41A and 41B.

続いて、図8に示したように、半導体基板30の第1面(面30S1)および貫通孔30H1,30H2の側面に、例えば原子層堆積(Atomic Layer Deposition;ALD)法を用いて誘電体膜26を成膜する。これにより、半導体基板30の第1面(面30S1)、貫通孔30H1,30H2の側面および底面に連続する誘電体膜26が形成される。次いで、半導体基板30の第1面(面30S1)上および貫通孔30H1,30H2内に絶縁膜27を成膜したのち、例えばドライエッチングにより貫通孔30H1,30H2の底部に形成された絶縁膜27および誘電体膜26を除去し、接続部41A,41Bを露出させる。なお、このとき、第1面(面30S1)上の絶縁膜27も薄膜化される。続いて、絶縁膜27上および貫通孔30H1,30H2内に導電膜を成膜したのち、導電膜上の所定の位置にフォトレジストPRを形成する。次いで、エッチングおよびフォトレジストPRを除去する。これにより、半導体基板30の第1面(面30S1)上に張り出し部を有する貫通電極34X,34Yが形成される。8, a dielectric film 26 is formed on the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30 and the side surfaces of the through holes 30H1 and 30H2, for example, by atomic layer deposition (ALD). As a result, a dielectric film 26 is formed that is continuous with the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30 and the side and bottom surfaces of the through holes 30H1 and 30H2. Next, an insulating film 27 is formed on the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30 and in the through holes 30H1 and 30H2, and then the insulating film 27 and the dielectric film 26 formed at the bottom of the through holes 30H1 and 30H2 are removed by, for example, dry etching to expose the connection portions 41A and 41B. At this time, the insulating film 27 on the first surface (surface 30S1) is also thinned. Next, a conductive film is formed on the insulating film 27 and in the through holes 30H1 and 30H2, and then a photoresist PR is formed at a predetermined position on the conductive film. Next, etching is performed and the photoresist PR is removed. As a result, the through electrodes 34X and 34Y having protruding portions are formed on the first surface (surface 30S1) of the semiconductor substrate 30.

次に、図9に示したように、絶縁膜27および貫通電極34X,34Y上に層間絶縁層28を構成する絶縁膜を形成したのち、貫通電極34X上に上部第1コンタクト29A、パッド部39Aおよび上部第2コンタクト29Bを、また、所定の位置にパッド部39Bおよび上部第3コンタクト29Cを、さらに、図示していないが、貫通電極34Y上に上部第4コンタクト79Aおよびパッド部69Aを形成し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて層間絶縁層28の表面を平坦化する。次いで、層間絶縁層28上に導電膜21xを成膜したのち、導電膜21xの所定の位置にフォトレジストを形成する。9, an insulating film constituting the interlayer insulating layer 28 is formed on the insulating film 27 and the through electrodes 34X and 34Y, and then the upper first contact 29A, the pad portion 39A, and the upper second contact 29B are formed on the through electrode 34X, and the pad portion 39B and the upper third contact 29C are formed at a predetermined position. Furthermore, although not shown, the upper fourth contact 79A and the pad portion 69A are formed on the through electrode 34Y, and the surface of the interlayer insulating layer 28 is planarized using a chemical mechanical polishing (CMP) method. Next, a conductive film 21x is formed on the interlayer insulating layer 28, and then a photoresist is formed at a predetermined position of the conductive film 21x.

続いて、図10に示したように、エッチングおよびフォトレジストを除去することで、読み出し電極21Aおよび蓄積電極21Bを形成する。 Next, as shown in Figure 10, the read electrode 21A and the storage electrode 21B are formed by etching and removing the photoresist.

その後、層間絶縁層28および読み出し電極21Aおよび蓄積電極21B上に絶縁層22を成膜したのち、読み出し電極21A上に開口22Hを設ける。次いで、絶縁層22上に、半導体層23、光電変換層24および上部電極25を順に形成し、同様にして、有機光電変換部70を形成する。最後に、上部電極75上に、保護層51、遮光膜52およびオンチップレンズ53を配設する。以上により、図1に示した撮像素子10Aが完成する。After that, an insulating layer 22 is formed on the interlayer insulating layer 28 and the readout electrode 21A and storage electrode 21B, and an opening 22H is provided on the readout electrode 21A. Next, the semiconductor layer 23, the photoelectric conversion layer 24, and the upper electrode 25 are formed in this order on the insulating layer 22, and the organic photoelectric conversion section 70 is formed in the same manner. Finally, a protective layer 51, a light-shielding film 52, and an on-chip lens 53 are disposed on the upper electrode 75. With the above steps, the image sensor 10A shown in FIG. 1 is completed.

なお、有機材料を用いて半導体層23,73やその他有機層を形成する場合には、真空工程において連続的に(真空一貫プロセスで)形成することが望ましい。また、光電変換層24,74の成膜方法としては、必ずしも真空蒸着法を用いた手法に限らず、他の手法、例えば、スピンコート技術やプリント技術等を用いてもよい。更に、透明電極(下部電極21,71および上部電極25,75)を形成する方法としては、透明電極を構成する材料にも依るが、真空蒸着法や反応性蒸着法、各種のスパッタリング法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法といった物理的気相成長法(PVD法)、パイロゾル法、有機金属化合物を熱分解する方法、スプレー法、ディップ法、MOCVD法を含む各種の化学的気相成長法(CVD法)、無電解メッキ法および電解メッキ法を挙げることができる。In addition, when forming the semiconductor layers 23, 73 and other organic layers using organic materials, it is desirable to form them continuously in a vacuum process (in a vacuum integrated process). In addition, the method of forming the photoelectric conversion layers 24, 74 is not necessarily limited to a method using a vacuum deposition method, and other methods, such as a spin coating technique or a printing technique, may be used. Furthermore, the method of forming the transparent electrodes (lower electrodes 21, 71 and upper electrodes 25, 75) depends on the material constituting the transparent electrodes, but may include physical vapor deposition methods (PVD methods) such as vacuum deposition methods, reactive deposition methods, various sputtering methods, electron beam deposition methods, and ion plating methods, pyrosol methods, methods of thermally decomposing organometallic compounds, spray methods, dip methods, and various chemical vapor deposition methods (CVD methods) including MOCVD methods, electroless plating methods, and electrolytic plating methods.

撮像素子10Aでは、有機光電変換部70、オンチップレンズ53を介して光が入射すると、その光は、有機光電変換部70、有機光電変換部20および無機光電変換部32の順に通過し、その通過過程において青、緑、赤の色光毎に光電変換される。以下、各色の信号取得動作について説明する。In the imaging element 10A, when light is incident through the organic photoelectric conversion unit 70 and the on-chip lens 53, the light passes through the organic photoelectric conversion unit 70, the organic photoelectric conversion unit 20, and the inorganic photoelectric conversion unit 32 in that order, and is photoelectrically converted into blue, green, and red light in the process of passing through. The signal acquisition operation for each color is described below.

(有機光電変換部20,70による緑色信号,青色信号の取得)
撮像素子10Aへ入射した光のうち、まず、青色光が、有機光電変換部70において選択的に検出(吸収)され、光電変換される。
(Acquisition of green and blue signals by organic photoelectric conversion units 20 and 70)
Of the light incident on the imaging element 10A, blue light is first selectively detected (absorbed) by the organic photoelectric conversion section 70 and photoelectrically converted.

有機光電変換部70は、貫通電極34Yを介して、アンプトランジスタAMP2のゲートGamp2とフローティングディフュージョンFD2とに接続されている。よって、有機光電変換部70で発生した電子-正孔対のうちの電子が、下部電極71側から取り出され、貫通電極34Yを介して半導体基板30の第2面(面30S2)側へ転送され、フローティングディフュージョンFD2に蓄積される。これと同時に、アンプトランジスタAMP2により、有機光電変換部70で生じた電荷量が電圧に変調される。The organic photoelectric conversion unit 70 is connected to the gate Gamp2 of the amplifier transistor AMP2 and the floating diffusion FD2 via the through electrode 34Y. Therefore, the electrons of the electron-hole pairs generated in the organic photoelectric conversion unit 70 are extracted from the lower electrode 71 side, transferred to the second surface (surface 30S2) of the semiconductor substrate 30 via the through electrode 34Y, and stored in the floating diffusion FD2. At the same time, the amount of charge generated in the organic photoelectric conversion unit 70 is modulated into a voltage by the amplifier transistor AMP2.

また、フローティングディフュージョンFD2の隣には、リセットトランジスタRST2のリセットゲートGrst2が配置されている。これにより、フローティングディフュージョンFD2に蓄積された電荷は、リセットトランジスタRST2によりリセットされる。 In addition, the reset gate Grst2 of the reset transistor RST2 is disposed next to the floating diffusion FD2. This allows the charge stored in the floating diffusion FD2 to be reset by the reset transistor RST2.

続いて、有機光電変換部70を透過した光のうち、緑色光が、有機光電変換部20において選択的に検出(吸収)され、光電変換される。Next, of the light that passes through the organic photoelectric conversion unit 70, green light is selectively detected (absorbed) in the organic photoelectric conversion unit 20 and undergoes photoelectric conversion.

有機光電変換部20は、貫通電極34Xを介して、アンプトランジスタAMP1のゲートGamp1とフローティングディフュージョンFD1とに接続されている。よって、有機光電変換部20で発生した電子-正孔対のうちの電子が、下部電極21側から取り出され、貫通電極34Xを介して半導体基板30の第2面(面30S2)側へ転送され、フローティングディフュージョンFD1に蓄積される。これと同時に、アンプトランジスタAMP1により、有機光電変換部20で生じた電荷量が電圧に変調される。The organic photoelectric conversion unit 20 is connected to the gate Gamp1 of the amplifier transistor AMP1 and the floating diffusion FD1 via the through electrode 34X. Thus, the electrons of the electron-hole pairs generated in the organic photoelectric conversion unit 20 are extracted from the lower electrode 21 side, transferred to the second surface (surface 30S2) side of the semiconductor substrate 30 via the through electrode 34X, and stored in the floating diffusion FD1. At the same time, the amount of charge generated in the organic photoelectric conversion unit 20 is modulated into a voltage by the amplifier transistor AMP1.

また、フローティングディフュージョンFD1の隣には、リセットトランジスタRST1のリセットゲートGrst1が配置されている。これにより、フローティングディフュージョンFD1に蓄積された電荷は、リセットトランジスタRST1によりリセットされる。 In addition, the reset gate Grst1 of the reset transistor RST1 is disposed next to the floating diffusion FD1. As a result, the charge accumulated in the floating diffusion FD1 is reset by the reset transistor RST1.

ここでは、有機光電変換部20,70が、それぞれ、貫通電極34X,34Yを介して、アンプトランジスタAMP1,AMP2だけでなくフローティングディフュージョンFD1,FD2にも接続されているので、フローティングディフュージョンFD1,FD2に蓄積された電荷をリセットトランジスタRST1,RST2により容易にリセットすることが可能となる。Here, the organic photoelectric conversion units 20, 70 are connected not only to the amplifier transistors AMP1, AMP2 but also to the floating diffusions FD1, FD2 via the through electrodes 34X, 34Y, respectively, so that the charges accumulated in the floating diffusions FD1, FD2 can be easily reset by the reset transistors RST1, RST2.

これに対して、貫通電極34XとフローティングディフュージョンFD1とが、貫通電極34YとフローティングディフュージョンFDとがそれぞれ接続されていない場合には、フローティングディフュージョンFD1,FD2に蓄積された電荷をリセットすることが困難となり、大きな電圧をかけて上部電極25,75側へ引き抜くことになる。そのため、光電変換層24,74がダメージを受けるおそれがある。また、短時間でのリセットを可能とする構造は暗時ノイズの増大を招き、トレードオフとなるため、この構造は困難である。On the other hand, if the through electrode 34X and the floating diffusion FD1, and the through electrode 34Y and the floating diffusion FD are not connected, respectively, it becomes difficult to reset the charge accumulated in the floating diffusions FD1 and FD2, and a large voltage is applied to pull it out to the upper electrodes 25 and 75. This may damage the photoelectric conversion layers 24 and 74. In addition, a structure that allows resetting in a short time would increase dark noise, which is a trade-off, making this structure difficult to implement.

図11は、撮像素子10Aの、例えば、有機光電変換部20における一動作例を表したものである。(A)は、蓄積電極21Bにおける電位を示し、(B)は、フローティングディフュージョンFD1(読み出し電極21A)における電位を示し、(C)は、リセットトランジスタTR1rstのゲート(Gsel)における電位を示したものである。撮像素子10Aでは、読み出し電極21Aおよび蓄積電極21Bは、それぞれ個別に電圧が印加されるようになっている。 Figure 11 shows an example of operation of the image sensor 10A, for example, in the organic photoelectric conversion unit 20. (A) shows the potential at the storage electrode 21B, (B) shows the potential at the floating diffusion FD1 (readout electrode 21A), and (C) shows the potential at the gate (Gsel) of the reset transistor TR1rst. In the image sensor 10A, voltages are applied to the readout electrode 21A and the storage electrode 21B individually.

撮像素子10Aでは、蓄積期間においては、駆動回路から読み出し電極21Aに電位V1が印加され、蓄積電極21Bに電位V2が印加される。ここで、電位V1,V2は、V2>V1とする。これにより、光電変換によって生じた電荷(信号電荷;電子)は、蓄積電極21Bに引きつけられ、蓄積電極21Bと対向する半導体層23の領域に蓄積される(蓄積期間)。因みに、蓄積電極21Bと対向する半導体層23の領域の電位は、光電変換の時間経過に伴い、より負側の値となる。なお、正孔は、上部電極25から駆動回路へと送出される。In the image sensor 10A, during the accumulation period, a potential V1 is applied from the drive circuit to the readout electrode 21A, and a potential V2 is applied to the storage electrode 21B. Here, the potentials V1 and V2 are set to V2>V1. As a result, the charge (signal charge; electrons) generated by photoelectric conversion is attracted to the storage electrode 21B and accumulated in the region of the semiconductor layer 23 facing the storage electrode 21B (accumulation period). Incidentally, the potential of the region of the semiconductor layer 23 facing the storage electrode 21B becomes more negative as the photoelectric conversion time passes. Note that the holes are sent from the upper electrode 25 to the drive circuit.

撮像素子10Aでは、蓄積期間の後期においてリセット動作がなされる。具体的には、タイミングt1において、走査部は、リセット信号RSTの電圧を低レベルから高レベルに変化させる。これにより、単位画素Pでは、リセットトランジスタTR1rstがオン状態になり、その結果、フローティングディフュージョンFD1の電圧が電源電圧に設定され、フローティングディフュージョンFD1の電圧がリセットされる(リセット期間)。In the image sensor 10A, a reset operation is performed in the latter part of the accumulation period. Specifically, at timing t1, the scanning unit changes the voltage of the reset signal RST from low to high. This causes the reset transistor TR1rst in the unit pixel P to turn on, and as a result, the voltage of the floating diffusion FD1 is set to the power supply voltage and the voltage of the floating diffusion FD1 is reset (reset period).

リセット動作の完了後、電荷の読み出しが行われる。具体的には、タイミングt2において、駆動回路から読み出し電極21Aには電位V3が印加され、蓄積電極21Bには電位V4が印加される。ここで、電位V3,V4は、V3<V4とする。これにより、蓄積電極21Bに対応する領域に蓄積されていた電荷は、読み出し電極21AからフローティングディフュージョンFD1へと読み出される。即ち、半導体層23に蓄積された電荷が制御部に読み出される(転送期間)。After the reset operation is completed, the charge is read out. Specifically, at timing t2, the drive circuit applies a potential V3 to the readout electrode 21A, and a potential V4 to the storage electrode 21B. Here, the potentials V3 and V4 are V3<V4. As a result, the charge stored in the region corresponding to the storage electrode 21B is read out from the readout electrode 21A to the floating diffusion FD1. That is, the charge stored in the semiconductor layer 23 is read out to the control unit (transfer period).

読み出し動作完了後、再び、駆動回路から読み出し電極21Aに電位V1が印加され、蓄積電極21Bに電位V2が印加される。これにより、光電変換によって生じた電荷は、蓄積電極21Bに引きつけられ、蓄積電極21Bと対向する光電変換層24の領域に蓄積される(蓄積期間)。After the read operation is completed, the drive circuit again applies potential V1 to the read electrode 21A and potential V2 to the storage electrode 21B. As a result, the charge generated by the photoelectric conversion is attracted to the storage electrode 21B and stored in the region of the photoelectric conversion layer 24 facing the storage electrode 21B (storage period).

有機光電変換部70においても、上述した有機光電変換部20と同様の動作がなされる。The organic photoelectric conversion unit 70 also operates in the same manner as the organic photoelectric conversion unit 20 described above.

(無機光電変換部32Gによる赤色信号の取得)
続いて、有機光電変換部20,70を透過した光(例えば、赤色光)は無機光電変換部32において吸収され、光電変換される。無機光電変換部32では、入射した赤色光に対応した電子が無機光電変換部32のn領域に蓄積され、蓄積された電子は、転送トランジスタTr3によりフローティングディフュージョンFD3へと転送される。
(Acquisition of Red Signal by Inorganic Photoelectric Conversion Unit 32G)
Subsequently, the light (e.g., red light) transmitted through the organic photoelectric conversion units 20 and 70 is absorbed and photoelectrically converted in the inorganic photoelectric conversion unit 32. In the inorganic photoelectric conversion unit 32, electrons corresponding to the incident red light are accumulated in the n region of the inorganic photoelectric conversion unit 32, and the accumulated electrons are transferred to the floating diffusion FD3 by the transfer transistor Tr3.

(1-3.作用・効果)
近年、所定の波長帯域、特に、青色帯域を選択的、且つ、高効率で光電変換可能なバルクヘテロ型の有機光電変換層を備えた縦分光型イメージセンサの開発が求められている。
(1-3. Actions and Effects)
In recent years, there has been a demand for the development of a vertical spectral image sensor including a bulk hetero-type organic photoelectric conversion layer capable of selectively and highly efficiently converting photoelectrically a predetermined wavelength band, particularly the blue band.

これに対して本実施の形態では、ジピロメテン骨格のメソ位に所定の置換基が直結した、上記一般式(1)または一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体を用いて、例えば、光電変換層74を形成するようにした。これにより、青色帯域の光を選択的に吸収し、且つ、高い光吸収係数を有する光電変換層74が形成される。光電変換層74では、青色光の吸収により生成した励起子が速やかに電子と正孔に解離し、これらの電荷は、再結合することなく対応する電極に高速に輸送できる。In contrast, in the present embodiment, a dipyrromethene derivative represented by the above general formula (1) or general formula (2), in which a specific substituent is directly bonded to the meso position of the dipyrromethene skeleton, is used to form, for example, photoelectric conversion layer 74. This results in the formation of photoelectric conversion layer 74 that selectively absorbs light in the blue band and has a high light absorption coefficient. In photoelectric conversion layer 74, excitons generated by the absorption of blue light are quickly dissociated into electrons and holes, and these charges can be transported quickly to the corresponding electrodes without recombination.

以上により、本実施の形態では、青色光に対して高い外部量子効率を有する撮像素子10Aおよびこれを備えた撮像装置1を提供することが可能となる。As a result, in this embodiment, it is possible to provide an imaging element 10A having high external quantum efficiency for blue light and an imaging device 1 equipped with the same.

次に、本開示の変形例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。Next, a modified example of the present disclosure will be described. In the following, components similar to those in the above embodiment will be given the same reference numerals, and their description will be omitted as appropriate.

<2.変形例>
図12は、本開示の変形例に係る撮像素子(撮像素子10C)の断面構成を表したものである。撮像素子10Cは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像装置1において1つの画素(単位画素P)を構成するものである。本実施の形態の撮像素子10Cは、有機材料を用いて形成された赤色光電変換部90R、緑色光電変換部90Gおよび青色光電変換部90Bが、半導体基板80に、絶縁層96を介してこの順に積層された構成を有する。
2. Modifications
12 illustrates a cross-sectional configuration of an image sensor (image sensor 10C) according to a modified example of the present disclosure. The image sensor 10C constitutes one pixel (unit pixel P) in an image sensor 1 such as a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor used in electronic devices such as digital still cameras and video cameras. The image sensor 10C of this embodiment has a configuration in which a red photoelectric conversion unit 90R, a green photoelectric conversion unit 90G, and a blue photoelectric conversion unit 90B formed using organic materials are stacked in this order on a semiconductor substrate 80 via an insulating layer 96.

赤色光電変換部90R、緑色光電変換部90Gおよび青色光電変換部90Bは、それぞれ一対の電極の間、具体的には、第1電極91Rと第2電極93Rとの間、第1電極91Gと第2電極93Gとの間、第1電極91Bと第2電極93Bとの間に、それぞれ有機光電変換層92R,92G,92Bを有する。The red photoelectric conversion unit 90R, the green photoelectric conversion unit 90G and the blue photoelectric conversion unit 90B each have an organic photoelectric conversion layer 92R, 92G, 92B between a pair of electrodes, specifically, between the first electrode 91R and the second electrode 93R, between the first electrode 91G and the second electrode 93G, and between the first electrode 91B and the second electrode 93B, respectively.

青色光電変換部90B上には、保護層97およびオンチップレンズ層98を介してオンチップレンズ98Lが設けられている。半導体基板80内には、赤色蓄電層810R、緑色蓄電層810Gおよび青色蓄電層810Bが設けられている。オンチップレンズ98Lに入射した光は、赤色光電変換部90R、緑色光電変換部90Gおよび青色光電変換部90Bで光電変換され、赤色光電変換部90Rから赤色蓄電層810Rへ、緑色光電変換部90Gから緑色蓄電層810Gへ、青色光電変換部90Bから青色蓄電層810Bへそれぞれ信号電荷が送られるようになっている。信号電荷は、光電変換によって生じる電子および正孔のどちらであってもよいが、以下では、電子を信号電荷として読み出す場合を例に挙げて説明する。On the blue photoelectric conversion unit 90B, an on-chip lens 98L is provided via a protective layer 97 and an on-chip lens layer 98. A red storage layer 810R, a green storage layer 810G, and a blue storage layer 810B are provided in the semiconductor substrate 80. Light incident on the on-chip lens 98L is photoelectrically converted by the red photoelectric conversion unit 90R, the green photoelectric conversion unit 90G, and the blue photoelectric conversion unit 90B, and signal charges are sent from the red photoelectric conversion unit 90R to the red storage layer 810R, from the green photoelectric conversion unit 90G to the green storage layer 810G, and from the blue photoelectric conversion unit 90B to the blue storage layer 810B. The signal charges may be either electrons or holes generated by photoelectric conversion, but the following will be described as an example in which electrons are read out as signal charges.

半導体基板80は、例えばp型シリコン基板により構成されている。この半導体基板80に設けられた赤色蓄電層810R、緑色蓄電層810Gおよび青色蓄電層810Bは、各々n型半導体領域を含んでおり、このn型半導体領域に赤色光電変換部90R、緑色光電変換部90Gおよび青色光電変換部90Bから供給された信号電荷(電子)が蓄積されるようになっている。赤色蓄電層810R、緑色蓄電層810Gおよび青色蓄電層810Bのn型半導体領域は、例えば、半導体基板80に、リン(P)またはヒ素(As)等のn型不純物をドーピングすることにより形成される。なお、半導体基板80は、ガラス等からなる支持基板(図示せず)上に設けるようにしてもよい。The semiconductor substrate 80 is, for example, a p-type silicon substrate. The red storage layer 810R, the green storage layer 810G, and the blue storage layer 810B provided on the semiconductor substrate 80 each include an n-type semiconductor region, in which signal charges (electrons) supplied from the red photoelectric conversion unit 90R, the green photoelectric conversion unit 90G, and the blue photoelectric conversion unit 90B are accumulated. The n-type semiconductor regions of the red storage layer 810R, the green storage layer 810G, and the blue storage layer 810B are formed, for example, by doping the semiconductor substrate 80 with n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As). The semiconductor substrate 80 may be provided on a support substrate (not shown) made of glass or the like.

半導体基板80には、赤色蓄電層810R、緑色蓄電層810Gおよび青色蓄電層810Bそれぞれから電子を読み出し、例えば垂直信号線(例えば、後述の図13の垂直信号線Lsig)に転送するための画素トランジスタが設けられている。この画素トランジスタのフローティングディフュージョンが半導体基板80内に設けられており、このフローティングディフュージョンが赤色蓄電層810R、緑色蓄電層810Gおよび青色蓄電層810Bに接続されている。フローティングディフュージョンは、n型半導体領域により構成されている。The semiconductor substrate 80 is provided with pixel transistors for reading out electrons from the red storage layer 810R, the green storage layer 810G, and the blue storage layer 810B, and transferring them to, for example, a vertical signal line (for example, the vertical signal line Lsig in FIG. 13 described below). The floating diffusions of these pixel transistors are provided in the semiconductor substrate 80, and these floating diffusions are connected to the red storage layer 810R, the green storage layer 810G, and the blue storage layer 810B. The floating diffusions are made of n-type semiconductor regions.

絶縁層96は、例えば、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)、酸窒化シリコン(SiON)および酸化ハフニウム(HfOx)等のうちの1種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。また、絶縁層96は、有機絶縁材料を用いて形成してもよい。絶縁層96には、図示していないが、赤色蓄電層810Rと赤色光電変換部90R、緑色蓄電層810Gと緑色光電変換部90G、青色蓄電層810Bと青色光電変換部90Bをそれぞれ接続するためのプラグおよび電極が設けられている。 The insulating layer 96 is, for example, a single layer film made of one of silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), and hafnium oxide (HfO x ), or a laminated film made of two or more of these. The insulating layer 96 may also be formed using an organic insulating material. Although not shown, the insulating layer 96 is provided with plugs and electrodes for connecting the red storage layer 810R and the red photoelectric conversion unit 90R, the green storage layer 810G and the green photoelectric conversion unit 90G, and the blue storage layer 810B and the blue photoelectric conversion unit 90B, respectively.

赤色光電変換部90Rは、半導体基板80に近い位置から、第1電極91R、有機光電変換層92Rおよび第2電極93Rをこの順に有するものである。緑色光電変換部90Gは、赤色光電変換部90Rに近い位置から、第1電極91G、有機光電変換層92Gおよび第2電極93Gをこの順に有するものである。青色光電変換部90Bは、緑色光電変換部90Gに近い位置から、第1電極91B、有機光電変換層92Bおよび第2電極93Bをこの順に有するものである。赤色光電変換部90Rと緑色光電変換部90Gとの間には絶縁層94が、緑色光電変換部90Gと青色光電変換部90Bとの間には絶縁層95がさらに設けられている。赤色光電変換部90Rでは赤色(例えば、波長600nm以上700nm未満)の光が、緑色光電変換部90Gでは緑色(例えば、波長500nm以上600nm未満)の光が、青色光電変換部90Bでは青色(例えば、波長400nm以上500nm未満)の光がそれぞれ選択的に吸収され、電子-正孔対が発生するようになっている。The red photoelectric conversion unit 90R has, in this order from the position closest to the semiconductor substrate 80, a first electrode 91R, an organic photoelectric conversion layer 92R, and a second electrode 93R. The green photoelectric conversion unit 90G has, in this order from the position closest to the red photoelectric conversion unit 90R, a first electrode 91G, an organic photoelectric conversion layer 92G, and a second electrode 93G. The blue photoelectric conversion unit 90B has, in this order from the position closest to the green photoelectric conversion unit 90G, a first electrode 91B, an organic photoelectric conversion layer 92B, and a second electrode 93B. An insulating layer 94 is further provided between the red photoelectric conversion unit 90R and the green photoelectric conversion unit 90G, and an insulating layer 95 is further provided between the green photoelectric conversion unit 90G and the blue photoelectric conversion unit 90B. The red photoelectric conversion section 90R selectively absorbs red light (e.g., wavelength of 600 nm or more and less than 700 nm), the green photoelectric conversion section 90G selectively absorbs green light (e.g., wavelength of 500 nm or more and less than 600 nm), and the blue photoelectric conversion section 90B selectively absorbs blue light (e.g., wavelength of 400 nm or more and less than 500 nm), generating electron-hole pairs.

第1電極91Rは有機光電変換層92Rで生じた信号電荷を、第1電極91Gは有機光電変換層92Gで生じた信号電荷を、第1電極91Bは有機光電変換層92Bで生じた信号電荷をそれぞれ取り出すものである。第1電極91R,91G,91Bは、例えば、画素毎に設けられている。The first electrode 91R extracts the signal charge generated in the organic photoelectric conversion layer 92R, the first electrode 91G extracts the signal charge generated in the organic photoelectric conversion layer 92G, and the first electrode 91B extracts the signal charge generated in the organic photoelectric conversion layer 92B. The first electrodes 91R, 91G, and 91B are provided, for example, for each pixel.

第1電極91R,91G,91Bは、例えば、光透過性の導電材料、具体的にはITOにより構成される。第1電極91R,91G,91Bは、例えば、酸化スズ系材料または酸化亜鉛系材料により構成するようにしてもよい。酸化スズ系材料とは、酸化スズにドーパントを添加したものである。酸化亜鉛系材料とは、例えば、酸化亜鉛にドーパントとしてアルミニウムを添加したアルミニウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛にドーパントとしてガリウムを添加したガリウム亜鉛酸化物および酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムを添加したインジウム亜鉛酸化物等である。この他、IGZO,CuI,InSbO4,ZnMgO,CuInO2,MgIn24,CdOおよびZnSnO3等を用いることも可能である。第1電極91R,91G,91Bの厚みは、例えば50nm~500nmである。 The first electrodes 91R, 91G, and 91B are made of, for example, a light-transmitting conductive material, specifically, ITO. The first electrodes 91R, 91G, and 91B may be made of, for example, a tin oxide-based material or a zinc oxide-based material. The tin oxide-based material is tin oxide to which a dopant has been added. The zinc oxide-based material is, for example, aluminum zinc oxide in which aluminum has been added as a dopant to zinc oxide, gallium zinc oxide in which gallium has been added as a dopant to zinc oxide, and indium zinc oxide in which indium has been added as a dopant to zinc oxide. In addition to the above, IGZO, CuI, InSbO 4 , ZnMgO, CuInO 2 , MgIn 2 O 4 , CdO, and ZnSnO 3 can also be used. The thickness of the first electrodes 91R, 91G, and 91B is, for example, 50 nm to 500 nm.

第1電極91Rと有機光電変換層92Rとの間、第1電極91Gと有機光電変換層92Gとの間、および第1電極91Bと有機光電変換層92Bとの間には、それぞれ例えば、電子輸送層が設けられていてもよい。電子輸送層は、有機光電変換層92R,92G,92Bで生じた電子の第1電極91R,91G,91Bへの供給を促進するためのものであり、例えば、酸化チタンまたは酸化亜鉛等により構成されている。酸化チタン膜と酸化亜鉛膜とを積層させて電子輸送層を構成するようにしてもよい。電子輸送層の厚みは、例えば0.1nm~1000nmであり、0.5nm~300nmであることが好ましい。 For example, an electron transport layer may be provided between the first electrode 91R and the organic photoelectric conversion layer 92R, between the first electrode 91G and the organic photoelectric conversion layer 92G, and between the first electrode 91B and the organic photoelectric conversion layer 92B. The electron transport layer is for facilitating the supply of electrons generated in the organic photoelectric conversion layers 92R, 92G, and 92B to the first electrodes 91R, 91G, and 91B, and is made of, for example, titanium oxide or zinc oxide. The electron transport layer may be formed by laminating a titanium oxide film and a zinc oxide film. The thickness of the electron transport layer is, for example, 0.1 nm to 1000 nm, and preferably 0.5 nm to 300 nm.

有機光電変換層92R,92G,92Bは、それぞれ、選択的な波長帯域の光を吸収して光電変換し、他の波長帯域の光を透過させるものである。ここで、選択的な波長帯域の光とは、有機光電変換層92Rでは、例えば、波長600nm以上700nm未満の波長帯域の光である。有機光電変換層92Gでは、例えば、波長500nm以上600nm未満の波長帯域の光である。有機光電変換層92Bでは、例えば、波長400nm以上500nm未満の波長帯域の光である。有機光電変換層92R,92G,92Bの厚みは、例えば25nm以上400nm以下であり、好ましくは、50nm以上350nm以下である。より好ましくは、150nm以上300nm以下である。The organic photoelectric conversion layers 92R, 92G, and 92B each absorb light in a selective wavelength band and convert it photoelectrically, while transmitting light in other wavelength bands. Here, the selective wavelength band light is, for example, light in a wavelength band of 600 nm or more and less than 700 nm in the organic photoelectric conversion layer 92R. For example, light in a wavelength band of 500 nm or more and less than 600 nm in the organic photoelectric conversion layer 92G. For example, light in a wavelength band of 400 nm or more and less than 500 nm in the organic photoelectric conversion layer 92B. The thickness of the organic photoelectric conversion layers 92R, 92G, and 92B is, for example, 25 nm or more and 400 nm or less, preferably 50 nm or more and 350 nm or less. More preferably, it is 150 nm or more and 300 nm or less.

有機光電変換層92R,92G,92Bは、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、光電変換層24と同様に、それぞれp型半導体またはn型半導体として機能する有機材料を2種以上含んで構成されている。有機光電変換層92R,92G,92Bは、p型半導体およびn型半導体の他に、さらに、上記所定の波長帯域の光を光電変換する一方、他の波長帯域の光を透過させる有機材料、いわゆる色素材料を含んで構成されている。このような材料としては、例えば、有機光電変換層92Rでは、例えば、フタロシアニンおよびインディゴおよびメロシアニンまたはその誘導体が挙げられる。有機光電変換層92Gでは、例えば、サブフタロシアニン、ジピロメテン、スクアリリウムおよびメロシアニンまたはそれらの誘導体等が挙げられる。有機光電変換層92Bでは、上記一般式(1)または一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体が挙げられる。The organic photoelectric conversion layers 92R, 92G, and 92B convert light energy into electrical energy, and, like the photoelectric conversion layer 24, are composed of two or more organic materials that function as p-type or n-type semiconductors. In addition to the p-type and n-type semiconductors, the organic photoelectric conversion layers 92R, 92G, and 92B further contain an organic material that photoelectrically converts light in the above-mentioned predetermined wavelength band while transmitting light in other wavelength bands, that is, a so-called dye material. Examples of such materials include, for example, phthalocyanine, indigo, and merocyanine or derivatives thereof in the organic photoelectric conversion layer 92R. Examples of materials for the organic photoelectric conversion layer 92G include subphthalocyanine, dipyrromethene, squarylium, and merocyanine or derivatives thereof. Examples of materials for the organic photoelectric conversion layer 92B include dipyrromethene derivatives represented by the above general formula (1) or general formula (2).

有機光電変換層92R,92G,92Bを構成する有機材料としては、上記式(4)で表されるC60フラーレンまたはその誘導体、あるいは、上記式(5)で表されるC70フラーレンまたはその誘導体が挙げられる。更に、有機光電変換層92R,92G,92Bを構成する有機材料としては、例えば、正孔輸送性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、上記式(6-1)~式(6-17)で表されるチオフェン誘導体やアントラセン誘導体、テトラセン誘導体等が挙げられる。なお、式(6-1)~式(6-17)のRは、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、カルボキシ基、エステル基、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、環状アルキル基または炭素数4~30の置換または無置換のアリール基あるいはヘテロアリール基である。有機光電変換層92R,92G,92Bは、さらに、上記以外の有機材料を含んでいてもよい。 The organic material constituting the organic photoelectric conversion layers 92R, 92G, and 92B may be C 60 fullerene or its derivative represented by the above formula (4), or C 70 fullerene or its derivative represented by the above formula (5). Furthermore, as the organic material constituting the organic photoelectric conversion layers 92R, 92G, and 92B, it is preferable to use a material having hole transport properties, and specifically, thiophene derivatives, anthracene derivatives, and tetracene derivatives represented by the above formulas (6-1) to (6-17) may be used. Note that R in formulas (6-1) to (6-17) is each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an amino group, an alkoxy group, an acylamino group, a carboxy group, an ester group, a linear alkyl group, a branched alkyl group, a cyclic alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group or heteroaryl group having 4 to 30 carbon atoms. The organic photoelectric conversion layers 92R, 92G, and 92B may further contain organic materials other than those described above.

有機光電変換層92Rと第2電極93Rとの間、有機光電変換層92Gと第2電極93Gとの間、および有機光電変換層92Bと第2電極93Bとの間には、上記実施の形態と同様に、他の層が設けられていてもよい。As in the above embodiment, other layers may be provided between the organic photoelectric conversion layer 92R and the second electrode 93R, between the organic photoelectric conversion layer 92G and the second electrode 93G, and between the organic photoelectric conversion layer 92B and the second electrode 93B.

第2電極93Rは、有機光電変換層92Rで発生した正孔を、第2電極93Gは有機光電変換層92Gで発生した正孔を、第2電極93Bは有機光電変換層92Gで発生した正孔をそれぞれ取りだすためのものである。第2電極93R,93G,93Bから取り出された正孔は、各々の伝送経路(図示せず)を介して、例えば半導体基板80内のp型半導体領域(図示せず)に排出されるようになっている。The second electrode 93R is for extracting holes generated in the organic photoelectric conversion layer 92R, the second electrode 93G is for extracting holes generated in the organic photoelectric conversion layer 92G, and the second electrode 93B is for extracting holes generated in the organic photoelectric conversion layer 92G. The holes extracted from the second electrodes 93R, 93G, and 93B are discharged, for example, to a p-type semiconductor region (not shown) in the semiconductor substrate 80 via their respective transmission paths (not shown).

第2電極93R,93G,93Bは、例えば、金(Au),銀(Ag),銅(Cu)およびアルミニウム(Al)等の導電材料により構成されている。第1電極91R,91G,91Bと同様に、透明導電材料により第2電極93R,93G,93Bを構成するようにしてもよい。撮像素子10Cでは、この第2電極93R,93G,93Bから取り出される正孔は排出されるため、例えば、後述する撮像装置1において複数の撮像素子10Cを配置した際には、第2電極93R,93G,93Bを各撮像素子10C(単位画素P)に共通して設けるようにしてもよい。第2電極93R,93G,93Bの厚みは例えば、0.5nm以上100nm以下である。The second electrodes 93R, 93G, and 93B are made of conductive materials such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al). As with the first electrodes 91R, 91G, and 91B, the second electrodes 93R, 93G, and 93B may be made of a transparent conductive material. In the image sensor 10C, holes taken out from the second electrodes 93R, 93G, and 93B are discharged, so that, for example, when multiple image sensors 10C are arranged in the image sensor 1 described later, the second electrodes 93R, 93G, and 93B may be provided in common to each image sensor 10C (unit pixel P). The thickness of the second electrodes 93R, 93G, and 93B is, for example, 0.5 nm or more and 100 nm or less.

絶縁層94は、第2電極93Rと第1電極91Gとを絶縁するためのものであり、絶縁層95は第2電極93Gと第1電極91Bとを絶縁するためのものである。絶縁層94,95は、例えば、金属酸化物、金属硫化物あるいは有機物により構成されている。金属酸化物としては、例えば、酸化シリコン(SiOx)、酸化アルミニウム(AlOx),酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化チタン(TiOx)、酸化亜鉛(ZnOx)、酸化タングステン(WOx)、酸化マグネシウム(MgOx)、酸化ニオブ(NbOx)、酸化スズ(SnOx)および酸化ガリウム(GaOx)等が挙げられる。金属硫化物としては、硫化亜鉛(ZnS)および硫化マグネシウム(MgS)等が挙げられる。絶縁層94,95の構成材料のバンドギャップは3.0eV以上であることが好ましい。絶縁層94,95の厚みは、例えば2nm以上100nm以下である。 The insulating layer 94 is for insulating the second electrode 93R from the first electrode 91G, and the insulating layer 95 is for insulating the second electrode 93G from the first electrode 91B. The insulating layers 94 and 95 are made of, for example, a metal oxide, a metal sulfide, or an organic material. Examples of metal oxides include silicon oxide (SiO x ), aluminum oxide (AlO x ), zirconium oxide (ZrO x ), titanium oxide (TiO x ), zinc oxide (ZnO x ), tungsten oxide (WO x ), magnesium oxide (MgO x ), niobium oxide (NbO x ), tin oxide (SnO x ), and gallium oxide (GaO x ). Examples of metal sulfides include zinc sulfide (ZnS) and magnesium sulfide (MgS). The band gap of the material constituting the insulating layers 94 and 95 is preferably 3.0 eV or more. The insulating layers 94 and 95 each have a thickness of, for example, 2 nm or more and 100 nm or less.

以上のように、本変形例の撮像素子10Cでは、例えば、有機光電変換層92Bを、上記一般式(1)または一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体を用いて形成することにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。As described above, in the imaging element 10C of this modified example, for example, the organic photoelectric conversion layer 92B can be formed using a dipyrromethene derivative represented by the above general formula (1) or general formula (2), thereby obtaining the same effect as in the above embodiment.

<3.適用例>
(適用例1)
図13は、上記実施の形態および変形例において説明した撮像素子10A(または、撮像素子10B,10C)を各画素に用いた撮像装置(撮像装置1)の全体構成を表したものである。この撮像装置1は、CMOSイメージセンサであり、例えば半導体基板30上に、撮像エリアとしての画素部1aを有すると共に、この画素部1aの周辺領域に、例えば、行走査部131、水平選択部133、列走査部134およびシステム制御部132からなる周辺回路部130を有している。
<3. Application Examples>
(Application Example 1)
13 shows the overall configuration of an imaging device (imaging device 1) in which the imaging element 10A (or imaging elements 10B, 10C) described in the above embodiment and modified example is used for each pixel. The imaging device 1 is a CMOS image sensor, and has a pixel section 1a as an imaging area on a semiconductor substrate 30, for example, and a peripheral circuit section 130 in the peripheral region of the pixel section 1a, which is made up of a row scanning section 131, a horizontal selection section 133, a column scanning section 134, and a system control section 132, for example.

画素部1aは、例えば、行列状に2次元配置された複数の単位画素P(撮像素子10に相当)を有している。この単位画素Pには、例えば、画素行ごとに画素駆動線Lread(具体的には行選択線およびリセット制御線)が配線され、画素列ごとに垂直信号線Lsigが配線されている。画素駆動線Lreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Lreadの一端は、行走査部131の各行に対応した出力端に接続されている。The pixel section 1a has, for example, a plurality of unit pixels P (corresponding to the image sensor 10) arranged two-dimensionally in a matrix. In the unit pixels P, for example, a pixel drive line Lread (specifically, a row selection line and a reset control line) is wired for each pixel row, and a vertical signal line Lsig is wired for each pixel column. The pixel drive line Lread transmits a drive signal for reading out signals from the pixels. One end of the pixel drive line Lread is connected to an output terminal of the row scanning section 131 corresponding to each row.

行走査部131は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部1aの各単位画素Pを、例えば、行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部131によって選択走査された画素行の各単位画素Pから出力される信号は、垂直信号線Lsigの各々を通して水平選択部133に供給される。水平選択部133は、垂直信号線Lsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。The row scanning unit 131 is a pixel driving unit that is composed of a shift register, an address decoder, etc., and drives each unit pixel P of the pixel unit 1a, for example, on a row-by-row basis. The signals output from each unit pixel P of the pixel row selected and scanned by the row scanning unit 131 are supplied to the horizontal selection unit 133 through each vertical signal line Lsig. The horizontal selection unit 133 is composed of an amplifier, a horizontal selection switch, etc., provided for each vertical signal line Lsig.

列走査部134は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部133の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部134による選択走査により、垂直信号線Lsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線135に出力され、当該水平信号線135を通して半導体基板30の外部へ伝送される。The column scanning unit 134 is composed of a shift register, an address decoder, etc., and drives each horizontal selection switch of the horizontal selection unit 133 in sequence while scanning them. By selective scanning by the column scanning unit 134, the signals of each pixel transmitted through each vertical signal line Lsig are output in sequence to the horizontal signal line 135, and transmitted to the outside of the semiconductor substrate 30 through the horizontal signal line 135.

行走査部131、水平選択部133、列走査部134および水平信号線135からなる回路部分は、半導体基板30上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ICに配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。The circuit portion consisting of the row scanning unit 131, horizontal selection unit 133, column scanning unit 134, and horizontal signal line 135 may be formed directly on the semiconductor substrate 30, or may be disposed in an external control IC. In addition, these circuit portions may be formed on another substrate connected by a cable or the like.

システム制御部132は、半導体基板30の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータ等を受け取り、また、撮像装置1の内部情報等のデータを出力するものである。システム制御部132はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部131、水平選択部133および列走査部134等の周辺回路の駆動制御を行う。The system control unit 132 receives a clock and data instructing the operation mode provided from outside the semiconductor substrate 30, and also outputs data such as internal information of the imaging device 1. The system control unit 132 further has a timing generator that generates various timing signals, and controls the driving of peripheral circuits such as the row scanning unit 131, horizontal selection unit 133, and column scanning unit 134 based on the various timing signals generated by the timing generator.

(適用例2)
上記撮像装置1は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話等、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図14に、その一例として、電子機器2(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器2は、例えば、静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、撮像装置1と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、撮像装置1およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
(Application Example 2)
The imaging device 1 can be applied to any type of electronic device equipped with an imaging function, such as a camera system such as a digital still camera or video camera, or a mobile phone with an imaging function. Fig. 14 shows a schematic configuration of an electronic device 2 (camera) as an example. The electronic device 2 is, for example, a video camera capable of taking still or moving images, and includes the imaging device 1, an optical system (optical lens) 310, a shutter device 311, a drive unit 313 for driving the imaging device 1 and the shutter device 311, and a signal processing unit 312.

光学系310は、被写体からの像光(入射光)を撮像装置1の画素部1aへ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、撮像装置1への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、撮像装置1の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、撮像装置1から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Doutは、メモリ等の記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。The optical system 310 guides image light (incident light) from a subject to the pixel section 1a of the imaging device 1. This optical system 310 may be composed of multiple optical lenses. The shutter device 311 controls the light irradiation period and light blocking period to the imaging device 1. The drive section 313 controls the transfer operation of the imaging device 1 and the shutter operation of the shutter device 311. The signal processing section 312 performs various signal processing on the signal output from the imaging device 1. The video signal Dout after signal processing is stored in a storage medium such as a memory, or is output to a monitor, etc.

更に、上記撮像装置1は、下記電子機器(カプセル型内視鏡10100および車両等の移動体)にも応用することが可能である。 Furthermore, the imaging device 1 can also be applied to the following electronic devices (capsule endoscope 10100 and moving objects such as vehicles).

<4.応用例>
(体内情報取得システムへの応用例)
更に、本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
<4. Application Examples>
(Application example to an in-body information acquisition system)
Furthermore, the technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.

図15は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 Figure 15 is a block diagram showing an example of the general configuration of a patient's internal body information acquisition system using a capsule endoscope to which the technology disclosed herein (the present technology) can be applied.

体内情報取得システム10001は、カプセル型内視鏡10100と、外部制御装置10200とから構成される。The internal body information acquisition system 10001 comprises a capsule endoscope 10100 and an external control device 10200.

カプセル型内視鏡10100は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡10100は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像(以下、体内画像ともいう)を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置10200に順次無線送信する。The capsule endoscope 10100 is swallowed by the patient during the examination. The capsule endoscope 10100 has an imaging function and a wireless communication function, and while moving inside the organs such as the stomach and intestines by peristalsis or the like until it is naturally expelled from the patient, it sequentially captures images of the inside of the organ (hereinafter also referred to as in-vivo images) at predetermined intervals, and sequentially wirelessly transmits information about the in-vivo images to an external control device 10200 outside the body.

外部制御装置10200は、体内情報取得システム10001の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置(図示せず)に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。The external control device 10200 comprehensively controls the operation of the in-vivo information acquisition system 10001. The external control device 10200 also receives information about the in-vivo image transmitted from the capsule endoscope 10100, and generates image data for displaying the in-vivo image on a display device (not shown) based on the received information about the in-vivo image.

体内情報取得システム10001では、このようにして、カプセル型内視鏡10100が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。In this manner, the intrabody information acquisition system 10001 can obtain intrabody images capturing the state of the patient's body at any time from the time the capsule endoscope 10100 is swallowed to the time it is expelled.

カプセル型内視鏡10100と外部制御装置10200の構成及び機能についてより詳細に説明する。 The configuration and functions of the capsule endoscope 10100 and the external control device 10200 are described in more detail.

カプセル型内視鏡10100は、カプセル型の筐体10101を有し、その筐体10101内には、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、給電部10115、電源部10116、及び制御部10117が収納されている。The capsule endoscope 10100 has a capsule-shaped housing 10101, which houses a light source unit 10111, an imaging unit 10112, an image processing unit 10113, a wireless communication unit 10114, a power supply unit 10115, a power supply unit 10116, and a control unit 10117.

光源部10111は、例えばLED(light emitting diode)等の光源から構成され、撮像部10112の撮像視野に対して光を照射する。The light source unit 10111 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode) and irradiates light onto the imaging field of view of the imaging unit 10112.

撮像部10112は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光(以下、観察光という)は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部10112では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部10112によって生成された画像信号は、画像処理部10113に提供される。The imaging unit 10112 is composed of an imaging element and an optical system consisting of multiple lenses provided in front of the imaging element. Reflected light of light irradiated onto the body tissue to be observed (hereinafter referred to as observation light) is collected by the optical system and enters the imaging element. In the imaging unit 10112, the imaging element photoelectrically converts the observation light incident thereon, and an image signal corresponding to the observation light is generated. The image signal generated by the imaging unit 10112 is provided to the image processing unit 10113.

画像処理部10113は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサによって構成され、撮像部10112によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部10113は、信号処理を施した画像信号を、RAWデータとして無線通信部10114に提供する。The image processing unit 10113 is configured with a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), and performs various signal processing on the image signal generated by the imaging unit 10112. The image processing unit 10113 provides the image signal that has been subjected to the signal processing to the wireless communication unit 10114 as RAW data.

無線通信部10114は、画像処理部10113によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ10114Aを介して外部制御装置10200に送信する。また、無線通信部10114は、外部制御装置10200から、カプセル型内視鏡10100の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ10114Aを介して受信する。無線通信部10114は、外部制御装置10200から受信した制御信号を制御部10117に提供する。The wireless communication unit 10114 performs predetermined processing such as modulation processing on the image signal that has been subjected to signal processing by the image processing unit 10113, and transmits the image signal to the external control device 10200 via the antenna 10114A. The wireless communication unit 10114 also receives a control signal related to the drive control of the capsule endoscope 10100 from the external control device 10200 via the antenna 10114A. The wireless communication unit 10114 provides the control signal received from the external control device 10200 to the control unit 10117.

給電部10115は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部10115では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。The power supply unit 10115 is composed of an antenna coil for receiving power, a power regeneration circuit that regenerates power from the current generated in the antenna coil, and a boost circuit, etc. In the power supply unit 10115, power is generated using the principle of so-called non-contact charging.

電源部10116は、二次電池によって構成され、給電部10115によって生成された電力を蓄電する。図15では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部10116からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部10116に蓄電された電力は、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、及び制御部10117に供給され、これらの駆動に用いられ得る。The power supply unit 10116 is composed of a secondary battery and stores the power generated by the power supply unit 10115. In FIG. 15, to avoid cluttering the drawing, arrows and other symbols indicating the destination of the power supply from the power supply unit 10116 are omitted, but the power stored in the power supply unit 10116 is supplied to the light source unit 10111, the imaging unit 10112, the image processing unit 10113, the wireless communication unit 10114, and the control unit 10117 and can be used to drive these units.

制御部10117は、CPU等のプロセッサによって構成され、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、及び、給電部10115の駆動を、外部制御装置10200から送信される制御信号に従って適宜制御する。The control unit 10117 is composed of a processor such as a CPU, and appropriately controls the operation of the light source unit 10111, the imaging unit 10112, the image processing unit 10113, the wireless communication unit 10114, and the power supply unit 10115 in accordance with control signals transmitted from the external control device 10200.

外部制御装置10200は、CPU,GPU等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100の制御部10117に対して制御信号を、アンテナ10200Aを介して送信することにより、カプセル型内視鏡10100の動作を制御する。カプセル型内視鏡10100では、例えば、外部制御装置10200からの制御信号により、光源部10111における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置10200からの制御信号により、撮像条件(例えば、撮像部10112におけるフレームレート、露出値等)が変更され得る。また、外部制御装置10200からの制御信号により、画像処理部10113における処理の内容や、無線通信部10114が画像信号を送信する条件(例えば、送信間隔、送信画像数等)が変更されてもよい。The external control device 10200 is composed of a processor such as a CPU or a GPU, or a microcomputer or a control board in which a processor and a storage element such as a memory are mixed. The external control device 10200 controls the operation of the capsule endoscope 10100 by transmitting a control signal to the control unit 10117 of the capsule endoscope 10100 via the antenna 10200A. In the capsule endoscope 10100, for example, the light irradiation conditions for the observation object in the light source unit 10111 may be changed by the control signal from the external control device 10200. In addition, the imaging conditions (for example, the frame rate and exposure value in the imaging unit 10112) may be changed by the control signal from the external control device 10200. In addition, the contents of the processing in the image processing unit 10113 and the conditions for the wireless communication unit 10114 to transmit an image signal (for example, the transmission interval, the number of transmitted images, etc.) may be changed by the control signal from the external control device 10200.

また、外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理(デモザイク処理)、高画質化処理(帯域強調処理、超解像処理、NR(Noise reduction)処理及び/又は手ブレ補正処理等)、並びに/又は拡大処理(電子ズーム処理)等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置10200は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置10200は、生成した画像データを記録装置(図示せず)に記録させたり、印刷装置(図示せず)に印刷出力させてもよい。The external control device 10200 also applies various image processing to the image signal transmitted from the capsule endoscope 10100 to generate image data for displaying the captured in-vivo image on the display device. The image processing can include various signal processing such as development processing (demosaic processing), high image quality processing (band enhancement processing, super-resolution processing, NR (Noise reduction) processing, and/or image stabilization processing, etc.), and/or enlargement processing (electronic zoom processing). The external control device 10200 controls the driving of the display device to display the captured in-vivo image based on the generated image data. Alternatively, the external control device 10200 may record the generated image data in a recording device (not shown) or print it out on a printing device (not shown).

以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部10112に適用され得る。これにより、検出精度が向上する。 An example of an in-vivo information acquisition system to which the technology disclosed herein can be applied has been described above. The technology disclosed herein can be applied to, for example, the imaging unit 10112 of the configurations described above. This improves detection accuracy.

(内視鏡手術システムへの応用例)
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
(Application example to endoscopic surgery system)
The technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.

図16は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 Figure 16 is a diagram showing an example of the general configuration of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein (the present technology) can be applied.

図16では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。 Figure 16 shows an operator (doctor) 11131 performing surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic surgery system 11000. As shown in the figure, the endoscopic surgery system 11000 is composed of an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100, and a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.

内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。The endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101, the tip of which is inserted into the body cavity of the patient 11132 at a predetermined length, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101. In the illustrated example, the endoscope 11100 is configured as a so-called rigid lens barrel having a rigid lens barrel 11101, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible lens barrel having a flexible lens barrel.

鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。An opening into which an objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101. A light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101, and is irradiated via the objective lens toward an object to be observed in the body cavity of the patient 11132. The endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.

カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU: Camera Control Unit)11201に送信される。An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and reflected light (observation light) from the object to be observed is focused onto the image sensor by the optical system. The observation light is photoelectrically converted by the image sensor to generate an electrical signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image. The image signal is sent to the camera control unit (CCU) 11201 as RAW data.

CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。The CCU 11201 is configured with a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and controls the overall operation of the endoscope 11100 and the display device 11202. Furthermore, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102, and performs various image processing on the image signal, such as development processing (demosaic processing), in order to display an image based on the image signal.

表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。 The display device 11202, under the control of the CCU 11201, displays an image based on an image signal that has been subjected to image processing by the CCU 11201.

光源装置11203は、例えばLED(light emitting diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。The light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode) and supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, etc.

入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。The input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000. A user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204. For example, the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) of the endoscope 11100.

処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。The treatment tool control device 11205 controls the operation of the energy treatment tool 11112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc. The insufflation device 11206 sends gas into the body cavity of the patient 11132 via the insufflation tube 11111 to inflate the body cavity in order to ensure a clear field of view for the endoscope 11100 and to ensure a working space for the surgeon. The recorder 11207 is a device capable of recording various types of information related to surgery. The printer 11208 is a device capable of printing various types of information related to surgery in various formats such as text, images, or graphs.

なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。The light source device 11203 that supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site can be composed of a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these. When the white light source is composed of a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, so that the white balance of the captured image can be adjusted in the light source device 11203. In this case, it is also possible to capture images corresponding to each of the RGB colors in a time-division manner by irradiating the observation object with laser light from each of the RGB laser light sources in a time-division manner and controlling the drive of the image sensor of the camera head 11102 in synchronization with the irradiation timing. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter to the image sensor.

また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。 The light source device 11203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals. The driving of the image sensor of the camera head 11102 may be controlled in synchronization with the timing of the change in the light intensity to acquire images in a time-division manner, and the images may be synthesized to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blackout and whiteout.

また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。 The light source device 11203 may also be configured to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation. In special light observation, for example, by utilizing the wavelength dependency of light absorption in body tissue, a narrow band of light is irradiated compared to the irradiation light (i.e., white light) during normal observation, a predetermined tissue such as blood vessels on the mucosal surface is photographed with high contrast, so-called narrow band imaging. Alternatively, in special light observation, fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light. In fluorescence observation, excitation light is irradiated to the body tissue and the fluorescence from the body tissue is observed (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent is irradiated to the body tissue to obtain a fluorescent image. The light source device 11203 may be configured to supply narrow band light and/or excitation light corresponding to such special light observation.

図17は、図16に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。 Figure 17 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in Figure 16.

カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。The camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405. The CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413. The camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other by a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.

レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。 The lens unit 11401 is an optical system provided at the connection with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401. The lens unit 11401 is composed of a combination of multiple lenses including a zoom lens and a focus lens.

撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。The imaging element constituting the imaging unit 11402 may be one (so-called single-plate type) or multiple (so-called multi-plate type). When the imaging unit 11402 is configured as a multi-plate type, for example, each imaging element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by combining them. Alternatively, the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to 3D (dimensional) display. By performing 3D display, the surgeon 11131 can more accurately grasp the depth of the biological tissue in the surgical site. In addition, when the imaging unit 11402 is configured as a multi-plate type, multiple lens units 11401 may be provided corresponding to each imaging element.

また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。 Furthermore, the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102. For example, the imaging unit 11402 may be provided inside the telescope tube 11101, immediately after the objective lens.

駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。The driving unit 11403 is composed of an actuator, and moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 to be appropriately adjusted.

通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。The communication unit 11404 is configured by a communication device for transmitting and receiving various information between the communication unit 11404 and the CCU 11201. The communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.

また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。In addition, the communication unit 11404 receives a control signal for controlling the driving of the camera head 11102 from the CCU 11201, and supplies it to the camera head control unit 11405. The control signal includes information on the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value at the time of capturing the image, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image.

なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。The above-mentioned frame rate, exposure value, magnification, focus, and other imaging conditions may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. In the latter case, the endoscope 11100 is equipped with a so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.

カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。 The camera head control unit 11405 controls the operation of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.

通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。The communication unit 11411 is configured by a communication device for transmitting and receiving various information between the camera head 11102. The communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.

また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。 In addition, the communication unit 11411 transmits a control signal to the camera head 11102 for controlling the driving of the camera head 11102. The image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, etc.

画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。 The image processing unit 11412 performs various image processing on the image signal, which is RAW data transmitted from the camera head 11102.

制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。The control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site, etc. by the endoscope 11100, and the display of the captured images obtained by imaging the surgical site, etc. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.

また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。 The control unit 11413 also displays the captured image showing the surgical site on the display device 11202 based on the image signal that has been image-processed by the image processing unit 11412. At this time, the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 can recognize surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist generated when using the energy treatment tool 11112, and the like, by detecting the shape and color of the edges of objects included in the captured image. When the control unit 11413 displays the captured image on the display device 11202, it may use the recognition result to superimpose various types of surgical support information on the image of the surgical site. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can proceed with the surgery reliably.

カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。The transmission cable 11400 connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable corresponding to communication of electrical signals, an optical fiber corresponding to optical communication, or a composite cable of these.

ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。 In the illustrated example, communication is performed wired using a transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may also be performed wirelessly.

以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部11402に適用され得る。撮像部11402に本開示に係る技術を適用することにより、検出精度が向上する。 An example of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein can be applied has been described above. The technology disclosed herein can be applied to the imaging unit 11402 of the configuration described above. By applying the technology disclosed herein to the imaging unit 11402, detection accuracy is improved.

なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。Although an endoscopic surgery system has been described here as an example, the technology disclosed herein may also be applied to other systems, such as microsurgical systems.

(移動体への応用例)
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
(Example of application to moving objects)
The technology according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving body, such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility device, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, or an agricultural machine (tractor).

図18は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 Figure 18 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.

車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図18に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。The vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001. In the example shown in Fig. 18, the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside vehicle information detection unit 12030, an inside vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050. Also shown as functional configurations of the integrated control unit 12050 are a microcomputer 12051, an audio/video output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053.

駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。The drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs. For example, the drive system control unit 12010 functions as a control device for a drive force generating device for generating a drive force of the vehicle, such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to the wheels, a steering mechanism for adjusting the steering angle of the vehicle, and a braking device for generating a braking force of the vehicle.

ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。The body system control unit 12020 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 12020 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlamps, tail lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps. In this case, radio waves or signals from various switches transmitted from a portable device that replaces a key can be input to the body system control unit 12020. The body system control unit 12020 accepts the input of these radio waves or signals and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.

車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。The outside-vehicle information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000. For example, the image capturing unit 12031 is connected to the outside-vehicle information detection unit 12030. The outside-vehicle information detection unit 12030 causes the image capturing unit 12031 to capture images outside the vehicle and receives the captured images. The outside-vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing for people, cars, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received images.

撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。The imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of light received. The imaging unit 12031 can output the electrical signal as an image, or as distance measurement information. The light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.

車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。The in-vehicle information detection unit 12040 detects information inside the vehicle. For example, a driver state detection unit 12041 that detects the state of the driver is connected to the in-vehicle information detection unit 12040. The driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041, or may determine whether the driver is dozing off.

マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。The microcomputer 12051 can calculate the control target values of the driving force generating device, steering mechanism, or braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the outside-vehicle information detection unit 12030 or the inside-vehicle information detection unit 12040, and output a control command to the drive system control unit 12010. For example, the microcomputer 12051 can perform cooperative control aimed at realizing the functions of an Advanced Driver Assistance System (ADAS), including avoiding or mitigating a vehicle collision, following a vehicle based on the distance between vehicles, maintaining vehicle speed, warning a vehicle collision, or warning a vehicle from leaving a lane.

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。 In addition, the microcomputer 12051 can perform cooperative control for the purpose of autonomous driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on the driver's operation, by controlling the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on information about the surroundings of the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040.

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。In addition, the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the outside-vehicle information detection unit 12030. For example, the microcomputer 12051 can control the headlamps according to the position of a preceding vehicle or an oncoming vehicle detected by the outside-vehicle information detection unit 12030, and perform cooperative control for the purpose of preventing glare, such as switching from high beams to low beams.

音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図18の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。The audio/image output unit 12052 transmits at least one output signal of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying the occupants of the vehicle or the outside of the vehicle of information. In the example of Fig. 18, an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices. The display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.

図19は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。 Figure 19 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.

図19では、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。 In Figure 19, the imaging unit 12031 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.

撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。The imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 12100. The imaging unit 12101 provided at the front nose and the imaging unit 12105 provided at the upper part of the windshield inside the vehicle cabin mainly acquire images of the front of the vehicle 12100. The imaging units 12102 and 12103 provided at the side mirrors mainly acquire images of the sides of the vehicle 12100. The imaging unit 12104 provided at the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 12100. The imaging unit 12105 provided at the upper part of the windshield inside the vehicle cabin is mainly used to detect a preceding vehicle, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.

なお、図19には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。19 shows an example of the imaging ranges of the imaging units 12101 to 12104. Imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose, imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively, and imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door. For example, an overhead image of the vehicle 12100 viewed from above is obtained by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information. For example, at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera consisting of multiple imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。For example, the microcomputer 12051 can extract, as a preceding vehicle, the three-dimensional object that is the closest to the vehicle 12100 on the path of travel and travels in approximately the same direction as the vehicle 12100 at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) by calculating the distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 and the change in this distance over time (relative speed to the vehicle 12100) based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle and perform automatic brake control (including follow-up stop control) and automatic acceleration control (including follow-up start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, which runs autonomously without relying on the driver's operation.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。For example, the microcomputer 12051 classifies and extracts three-dimensional object data on three-dimensional objects, such as two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and can use the data to automatically avoid obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or exceeds a set value and there is a possibility of a collision, the microcomputer 12051 can provide driving assistance for collision avoidance by outputting an alarm to the driver via the audio speaker 12061 or the display unit 12062, or by performing forced deceleration or avoidance steering via the drive system control unit 12010.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays. For example, the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. The recognition of such a pedestrian is performed, for example, by a procedure of extracting feature points in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras and a procedure of performing pattern matching processing on a series of feature points that indicate the contour of an object to determine whether or not the object is a pedestrian. When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio/image output unit 12052 controls the display unit 12062 to superimpose a rectangular contour line for emphasis on the recognized pedestrian. The audio/image output unit 12052 may also control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.

<5.実施例>
次に、本開示の実施例について詳細に説明する。実験1では、上記一般式(1)または一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体を用い、デバイスサンプルとして、図20に示した断面構成を有する光電変換素子を作製し、そのデバイス特性を評価した。実験2では、一般式(1)で表されるジピロメテン誘導体の吸収波長の置換基依存性についてシミュレーションを行った。
5. Examples
Next, examples of the present disclosure will be described in detail. In Experiment 1, a dipyrromethene derivative represented by the above general formula (1) or general formula (2) was used to fabricate a photoelectric conversion element having a cross-sectional configuration shown in Fig. 20 as a device sample, and the device characteristics were evaluated. In Experiment 2, a simulation was performed on the substituent dependency of the absorption wavelength of the dipyrromethene derivative represented by general formula (1).

[実験1]
(実験例1)
シリコン基板1011上にスパッタリング装置を用いて厚さ100nmのITO膜を成膜した。このITO膜を、フォトリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングし、ITO下部電極1012を形成した。続いて、ITO下部電極1012付きのシリコン基板1011をUV/オゾン処理にて洗浄した後、シリコン基板1011を真空蒸着機に移し、1×10-5Pa以下に減圧された状態で基板ホルダを回転させながらシリコン基板1011上に、抵抗加熱法を用いて有機材料の成膜を行った。まず、下記式(9)に示した電子ブロッキング材料を、基板温度0℃にて10nmの厚みで成膜し、電子ブロック層1013を形成した。次に、下記式(1-1)に示したジピロメテン誘導体と、下記式(8)に示したBP-rBDTと、C60フラーレン(上記式(4))とを、基板温度40℃にて、それぞれ、0.50Å/秒、0.50Å/秒、0.25Å/秒の成膜レートで、混合層の厚さが230nmとなるように成膜し、光電変換層1014を形成した。続いて、下記式(7)に示した正孔ブロッキング材料を、基板温度0℃にて10nmの厚みで成膜し、正孔ブロック層1015を形成した。最後に、シリコン基板1011をスパッタリング装置に移し、正孔ブロック層1015上に、ITOを50nmの厚みで成膜し、ITO上部電極1016を形成した。以上の作製方法により、1mm×1mmの光電変換領域を有する光電変換素子(実験例1)を作製した。
[Experiment 1]
(Experimental Example 1)
A sputtering device was used to form an ITO film having a thickness of 100 nm on a silicon substrate 1011. This ITO film was patterned by photolithography and etching to form an ITO lower electrode 1012. Next, the silicon substrate 1011 with the ITO lower electrode 1012 was cleaned by UV/ozone treatment, and then the silicon substrate 1011 was transferred to a vacuum deposition machine, and an organic material film was formed on the silicon substrate 1011 by using a resistance heating method while rotating the substrate holder under a reduced pressure of 1×10 −5 Pa or less. First, an electron blocking material shown in the following formula (9) was formed into a film having a thickness of 10 nm at a substrate temperature of 0° C. to form an electron blocking layer 1013. Next, a dipyrromethene derivative shown in the following formula (1-1), BP-rBDT shown in the following formula (8), and C 60 fullerene (above formula (4)) were deposited at deposition rates of 0.50 Å/sec, 0.50 Å/sec, and 0.25 Å/sec, respectively, at a substrate temperature of 40° C., so that the mixed layer had a thickness of 230 nm, to form a photoelectric conversion layer 1014. Next, a hole blocking material shown in the following formula (7) was deposited at a substrate temperature of 0° C. to a thickness of 10 nm, to form a hole blocking layer 1015. Finally, the silicon substrate 1011 was transferred to a sputtering device, and ITO was deposited on the hole blocking layer 1015 to a thickness of 50 nm, to form an ITO upper electrode 1016. By the above-mentioned fabrication method, a photoelectric conversion element (Experimental Example 1) having a photoelectric conversion area of 1 mm×1 mm was fabricated.

Figure 0007571726000010
Figure 0007571726000010

(実験例2)
実験例1で用いた式(1-1)に示したジピロメテン誘導体の代わりに下記式(10)に示したジピロメテン誘導体を用いた以外は、実験例1と同様の方法を用いて光電変換素子(実験例2)を作製した。
(Experimental Example 2)
A photoelectric conversion element (Experimental Example 2) was produced in the same manner as in Experimental Example 1, except that the dipyrromethene derivative shown in the following formula (10) was used instead of the dipyrromethene derivative shown in the formula (1-1) used in Experimental Example 1.

Figure 0007571726000011
Figure 0007571726000011

(実験例3)
実験例1で用いた式(1-1)に示したジピロメテン誘導体の代わりに下記式(11)に示したジピロメテン誘導体を用いた以外は、実験例1と同様の方法を用いて光電変換素子(実験例3)を作製した。
(Experimental Example 3)
A photoelectric conversion element (Experimental Example 3) was prepared in the same manner as in Experimental Example 1, except that the dipyrromethene derivative shown in the following formula (11) was used instead of the dipyrromethene derivative shown in the formula (1-1) used in Experimental Example 1.

Figure 0007571726000012
Figure 0007571726000012

(実験例4)
実験例1で用いた式(1-1)に示したジピロメテン誘導体の代わりに下記式(12)に示したサブフタロシアニン誘導体を用いた以外は、実験例1と同様の方法を用いて光電変換素子(実験例4)を作製した。
(Experimental Example 4)
A photoelectric conversion element (Experimental Example 4) was produced in the same manner as in Experimental Example 1, except that a subphthalocyanine derivative represented by the following formula (12) was used instead of the dipyrromethene derivative represented by the formula (1-1) used in Experimental Example 1.

Figure 0007571726000013
Figure 0007571726000013

実験例1~実験例4において作成した光電変換素子について、450nmおよび560nmの波長に対する吸収率を測定すると共に、デバイス特性(暗電流特性、外部量子効率(EQE)および応答時間)を以下の方法を用いて評価した。表1は、各波長の吸収率およびデバイス特性の評価結果を各実験例において光電変換層に用いた化合物と共にまとめたものである。なお、表1では、実験例1のデバイス特性を1.00に規格化し、実験例2~4のデバイス特性は、その相対値として表した。For the photoelectric conversion elements produced in Experimental Examples 1 to 4, the absorptance at wavelengths of 450 nm and 560 nm was measured, and the device characteristics (dark current characteristics, external quantum efficiency (EQE), and response time) were evaluated using the following method. Table 1 summarizes the evaluation results of the absorptance at each wavelength and the device characteristics, along with the compounds used in the photoelectric conversion layer in each experimental example. In Table 1, the device characteristics of Experimental Example 1 are standardized to 1.00, and the device characteristics of Experimental Examples 2 to 4 are expressed as relative values.

(暗電流および外部量子効率(EQE)の評価)
青色LED光源からバンドパスフィルターを介して光電変換素子に照射される光の波長を450nm、光量を1.62μW/cm2とし、光電変換素子の電極間に印加されるバイアス電圧を、半導体パラメータアナライザを用いて制御し、上部電極に対して下部電極に印加する電圧を掃引することで、電流-電圧曲線を得た。逆バイアス印可状態(-2.6Vの電圧印加状態)での暗電流値および明電流値を取得し、明電流値から暗電流値を引き、その値からEQEを算出した。
(Evaluation of Dark Current and External Quantum Efficiency (EQE))
The wavelength of light irradiated from a blue LED light source through a bandpass filter to the photoelectric conversion element was set to 450 nm, the amount of light was set to 1.62 μW/ cm2 , the bias voltage applied between the electrodes of the photoelectric conversion element was controlled using a semiconductor parameter analyzer, and the voltage applied to the lower electrode relative to the upper electrode was swept to obtain a current-voltage curve. The dark current value and the bright current value in the reverse bias applied state (voltage applied state of -2.6 V) were obtained, the dark current value was subtracted from the bright current value, and the EQE was calculated from the value.

(応答時間の評価)
青色LED光源からバンドパスフィルターを介して光電変換素子に照射される光の波長を450nm、光量を1.62μW/cm2とし、LEDドライバに印加する電圧をファンクションジェネレータで制御し、パルス光を光電変換素子の上部電極側から照射した。光電変換素子の電極間に印加されるバイアス電圧を上部電極に対して下部電極に-2.6Vの電圧を印加した状態でパルス光を照射し、オシロスコープを用いて電流の減衰波形を観測した。光パルス照射直後に、電流が光パルス照射時の電流から3%まで減衰する時間を測定し、これを応答速度の指標である応答時間とした。
(Response Time Evaluation)
The wavelength of light irradiated from a blue LED light source to the photoelectric conversion element through a bandpass filter was set to 450 nm, the light amount was set to 1.62 μW/ cm2 , the voltage applied to the LED driver was controlled by a function generator, and pulsed light was irradiated from the upper electrode side of the photoelectric conversion element. The bias voltage applied between the electrodes of the photoelectric conversion element was set to a voltage of -2.6 V applied to the lower electrode relative to the upper electrode, and the pulsed light was irradiated, and the attenuation waveform of the current was observed using an oscilloscope. Immediately after the light pulse irradiation, the time it took for the current to attenuate to 3% from the current at the time of the light pulse irradiation was measured, and this was taken as the response time, which is an index of the response speed.

Figure 0007571726000014
Figure 0007571726000014

式(1-1)で表されるジピロメテン誘導体を用いた実験例1は、青色光である450nmの光に対して74%の吸収率を有し、緑色光である560nmの光に対しては6.4%の吸収率を有していた。このことから、実験例1で作製した光電変換素子は、青色帯域の光を選択的に吸収することがわかった。 Experimental Example 1, which used the dipyrromethene derivative represented by formula (1-1), had an absorptance of 74% for 450 nm blue light and 6.4% for 560 nm green light. This shows that the photoelectric conversion element produced in Experimental Example 1 selectively absorbs light in the blue wavelength range.

式(10)および式(11)で表されるジピロメテン誘導体を用いた実験例2および実験例3は、それぞれ、450nmの光に対して48%,28%の吸収率を、560nmの光に対して29%,39%の吸収率を有しており、実験例1と比較して緑色光の光吸収率が高いことがわかった。また、式(12)に示したサブフタロシアニン誘導体を用いた実験例4は、450nmの光に対して18%の吸収率を、560nmの光に対して90%の吸収率を有しており、実験例1~3と比較して緑色光を選択的に吸収することがわかった。 Experimental Examples 2 and 3, which used the dipyrromethene derivatives represented by formulas (10) and (11), respectively had absorptivities of 48% and 28% for 450 nm light and 29% and 39% for 560 nm light, and were found to have higher light absorptivities for green light than Experimental Example 1. Experimental Example 4, which used the subphthalocyanine derivative shown in formula (12), had absorptivities of 18% for 450 nm light and 90% for 560 nm light, and was found to selectively absorb green light compared to Experimental Examples 1 to 3.

デバイス特性としては、実験例1は、実験例2,3と比較して、暗電流特性、EQEおよび応答時間が優れていることがわかった。また、実験例1は、実験例4と比較して、優れたEQEを有することがわかった。In terms of device characteristics, it was found that Experimental Example 1 had superior dark current characteristics, EQE, and response time compared to Experimental Examples 2 and 3. It was also found that Experimental Example 1 had superior EQE compared to Experimental Example 4.

以上のことから、実験例1の光電変換素子は、青色帯域に選択的な吸収を有し、且つ、高い光吸収係数を有し、光吸収により生成した励起子が速やかに電子と正孔に解離し、これらが再結合することなく、対応する各電極に輸送されることがわかった。From the above, it was found that the photoelectric conversion element of Experimental Example 1 has selective absorption in the blue band and a high light absorption coefficient, and that excitons generated by light absorption quickly dissociate into electrons and holes, which are transported to the corresponding electrodes without recombining.

[実験2]
表2は、Y1~Y3,Y4~Y6に、それぞれ、水素(H)原子、フッ素(F)またはメチル(Me)基を、原子Y7,Y8にフッ素(F)原子、Zにホウ素(B)原子を有する上記一般式(1)に示したジピロメテン誘導体において、メソ位(X)に各種置換基を導入した場合の吸収波長の変化をシミュレーションしたものである。なお、表2の各数値は、溶媒を考慮していない真空孤立状態の値である。溶媒や有機層中では、吸収波長は50nm~100nm程度長波長化する。
[Experiment 2]
Table 2 shows a simulation of the change in absorption wavelength when various substituents are introduced into the meso position (X) of the dipyrromethene derivative shown in the above general formula (1), in which Y1 to Y3 and Y4 to Y6 each have a hydrogen (H) atom, a fluorine (F) or a methyl (Me) group, Y7 and Y8 have a fluorine (F) atom, and Z has a boron (B) atom. Note that the values in Table 2 are values in an isolated vacuum state without considering the solvent. In a solvent or an organic layer, the absorption wavelength is lengthened by about 50 nm to 100 nm.

Figure 0007571726000015
Figure 0007571726000015

表2から、メソ位(X)にアミノ基(NH2)、ジメチルアミノ基(NMe2)、ヒドロキシ基(OH)およびメトキシ基(OMe)等の電子供与性置換基を導入することで、一般式(1)で表されるジピロメテン誘導体の吸収波長は、短波長化する傾向があることがわかった。なお、この傾向は、同様の分子骨格を有する一般式(2)で表されるジピロメテン誘導体についても同様であると推察される。よって、光電変換層を構成する色素材料として、上記一般式(1)または一般式(2)に示したジピロメテン誘導体を用いることで、青色帯域の光に対して高い吸収効率を有し、優れた外部量子効率を有する光電変換素子を実現できると考えられる。 From Table 2, it was found that the absorption wavelength of the dipyrromethene derivative represented by the general formula (1) tends to be shortened by introducing an electron-donating substituent such as an amino group (NH 2 ), a dimethylamino group (NMe 2 ), a hydroxyl group (OH), or a methoxy group (OMe) into the meso position (X). This tendency is presumed to be the same for the dipyrromethene derivative represented by the general formula (2) having a similar molecular skeleton. Therefore, it is considered that a photoelectric conversion element having high absorption efficiency for light in the blue band and excellent external quantum efficiency can be realized by using the dipyrromethene derivative represented by the general formula (1) or (2) as the dye material constituting the photoelectric conversion layer.

以上、実施の形態および変形例ならびに実施例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、有機光電変換部および無機光電変換部の数やその比率も限定されるものではなく、例えば、1つの有機光電変換部と、2つの無機光電変換部とからなる撮像素子を構成してもよい。その場合、例えば、有機光電変換部は、青色帯域の波長(青色光)を選択的に検出して光電変換を行い、2つの無機光電変換部は、半導体基板内に埋め込み形成され、緑色帯域の波長(緑色光)を選択的に検出して光電変換する緑色用無機光電変換部と、赤色帯域の波長(赤色光)を選択的に検出して光電変換する赤色用無機光電変換部とが厚み方向に積層された構成となる。 Although the above describes the embodiments, modifications, and examples, the present disclosure is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, the number and ratio of the organic photoelectric conversion units and the inorganic photoelectric conversion units are not limited, and an imaging element may be configured to have one organic photoelectric conversion unit and two inorganic photoelectric conversion units. In that case, for example, the organic photoelectric conversion unit selectively detects wavelengths in the blue band (blue light) and performs photoelectric conversion, and the two inorganic photoelectric conversion units are embedded and formed in a semiconductor substrate, and a green inorganic photoelectric conversion unit that selectively detects wavelengths in the green band (green light) and performs photoelectric conversion, and a red inorganic photoelectric conversion unit that selectively detects wavelengths in the red band (red light) and performs photoelectric conversion are stacked in the thickness direction.

更に、上記実施の形態等では、下部電極21を構成する複数の電極として、読み出し電極21Aおよび蓄積電極21Bの2つの電極から構成した例を示したが、この他に、転送電極あるいは排出電極等の3つあるいは4つ以上の電極を設けるようにしてもよい。 Furthermore, in the above embodiments, an example has been shown in which the multiple electrodes constituting the lower electrode 21 are composed of two electrodes, a readout electrode 21A and a storage electrode 21B, but in addition to this, three or four or more electrodes such as a transfer electrode or an exhaust electrode may be provided.

なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。Note that the effects described in this specification are merely examples and are not limiting, and other effects may also exist.

なお、本開示は、以下のような構成であってもよい。以下の構成の本技術によれば式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種用いて有機層を形成するようにしたので、所定の波長の光(具体的には、青色光)の吸収効率が向上し、外部量子効率を向上させることが可能となる。
[1]
第1電極と、
前記第1電極と対向配置された第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられると共に、下記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む有機層と
を備えた撮像素子。

Figure 0007571726000016
Figure 0007571726000017
Figure 0007571726000018
Figure 0007571726000019
[2]
前記有機層は、青色帯域の波長を検出する、前記[1]に記載の撮像素子。
[3]
前記有機層は光電変換層を有し、
前記光電変換層は、前記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む、前記[1]乃至[2]のうちのいずれか1つに記載の撮像素子。
[4]
前記光電変換層は、波長450nmの吸収率が70%以上、且つ、560nm以上700nm以下の波長の吸収率が20%未満である、前記[3]に記載の撮像素子。
[5]
前記光電変換層は、さらに2種類以上の有機半導体材料を含んで構成されている、前記[3]または[4]に記載の撮像素子。
[6]
前記光電変換層は、さらにフラーレンまたはその誘導体と、正孔輸送性材料とを含んで構成されている、前記[3]乃至[5]のうちのいずれか1つに記載の撮像素子。
[7]
前記有機層は複数の層からなり、
前記複数の層のうちの少なくとも1層が、前記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む、前記[1]乃至[6]のうちのいずれか1つに記載の撮像素子。
[8]
前記第1電極は複数の電極からなる、前記[1]乃至[7]のうちのいずれか1つに記載の撮像素子。
[9]
前記第1電極と前記光電変換層との間に、さらに第1の電荷ブロック層が設けられている、前記[3]乃至[8]のうちのいずれか1つに記載の撮像素子。
[10]
前記光電変換層と前記第2電極との間に、さらに、第2の電荷ブロック層が設けられている、前記[3]乃至[9]のうちのいずれか1つに記載の撮像素子。
[11]
1または複数の有機光電変換部がそれぞれ設けられている複数の画素を備え、
前記有機光電変換部は、
第1電極と、
前記第1電極と対向配置された第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられると共に、下記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む有機層と
を有する撮像装置。
Figure 0007571726000020
Figure 0007571726000021
Figure 0007571726000022
Figure 0007571726000023
[12]
各画素には、1または複数の前記有機光電変換部と、前記有機光電変換部とは異なる波長域の光電変換を行う1または複数の無機光電変換部とが積層されている、前記[11]に記載の撮像装置。
[13]
前記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む前記有機層を有する前記有機光電変換部は、入射光に対して、他の前記有機光電変換部および前記無機光電変換部よりも近い位置に配設されている、前記[12]に記載の撮像装置。
[14]
前記無機光電変換部は、半導体基板に埋め込み形成され、
前記有機光電変換部は、前記半導体基板の第1の面側に形成されている、前記[12]または[13]に記載の撮像装置。
[15]
前記半導体基板は前記第1の面と対向する第2の面を有し、前記第2の面側に多層配線層が形成されている、前記[14]に記載の撮像装置。
[16]
前記有機光電変換部は青色光の光電変換を行い、
前記半導体基板内に、緑色光の光電変換を行う前記無機光電変換部と、赤色光の光電変換を行う前記無機光電変換部とが積層されている、前記[14]または[15]に記載の撮像装置。
[17]
各画素では、互いに異なる波長域の光電変換を行う複数の前記有機光電変換部が積層されている、前記[11]乃至[16]のうちのいずれか1つに記載の撮像装置。 The present disclosure may have the following configuration: According to the present technology having the following configuration, an organic layer is formed using at least one of the dipyrromethene derivatives represented by formulas (1-1) to (1-24) and formulas (2-1) to (2-6) , and therefore the absorption efficiency of light with a predetermined wavelength (specifically, blue light) is improved, and the external quantum efficiency can be improved.
[1]
A first electrode;
a second electrode disposed opposite the first electrode;
an organic layer provided between the first electrode and the second electrode, the organic layer including at least one dipyrromethene derivative represented by any one of the following formulas (1-1) to (1-24) and (2-1) to (2-6) :
Figure 0007571726000016
Figure 0007571726000017
Figure 0007571726000018
Figure 0007571726000019
[2]
The imaging element according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic layer detects wavelengths in a blue band.
[3]
The organic layer has a photoelectric conversion layer,
The image sensor according to any one of [1] to [2], wherein the photoelectric conversion layer contains at least one dipyrromethene derivative represented by the formulas (1-1) to (1-24) and the formulas (2-1) to (2-6) .
[4]
The image sensor according to [3], wherein the photoelectric conversion layer has an absorptance of 70% or more at a wavelength of 450 nm and an absorptance of less than 20% at a wavelength of 560 nm or more and 700 nm or less.
[5]
The imaging element according to [3] or [4], wherein the photoelectric conversion layer further contains two or more types of organic semiconductor materials.
[6]
The imaging element according to any one of [3] to [5], wherein the photoelectric conversion layer further contains a fullerene or a derivative thereof, and a hole transporting material.
[7]
The organic layer is composed of a plurality of layers,
The imaging element according to any one of the above [1] to [6] , wherein at least one layer of the plurality of layers contains at least one kind of dipyrromethene derivative represented by the above formulas (1-1) to (1-24) and (2-1) to (2-6) .
[8]
The imaging element according to any one of [1] to [7] , wherein the first electrode is made up of a plurality of electrodes.
[9]
The imaging element according to any one of [3] to [8] , further comprising a first charge blocking layer between the first electrode and the photoelectric conversion layer.
[10]
The imaging element according to any one of [3] to [9] , further comprising a second charge blocking layer between the photoelectric conversion layer and the second electrode.
[11]
A plurality of pixels each having one or a plurality of organic photoelectric conversion units provided therein;
The organic photoelectric conversion unit is
A first electrode;
a second electrode disposed opposite the first electrode;
and an organic layer provided between the first electrode and the second electrode, the organic layer including at least one dipyrromethene derivative represented by the following formulas (1-1) to (1-24) and (2-1) to (2-6) .
Figure 0007571726000020
Figure 0007571726000021
Figure 0007571726000022
Figure 0007571726000023
[12]
The imaging device according to [11], wherein each pixel includes one or more of the organic photoelectric conversion units and one or more inorganic photoelectric conversion units that perform photoelectric conversion in a wavelength range different from that of the organic photoelectric conversion units.
[13]
The organic photoelectric conversion unit having the organic layer containing at least one kind of dipyrromethene derivative represented by the formulas (1-1) to (1-24) and the formulas (2-1) to (2-6) is disposed at a position closer to incident light than the other organic photoelectric conversion units and the inorganic photoelectric conversion unit.
[14]
The inorganic photoelectric conversion unit is formed by embedding the inorganic photoelectric conversion unit in a semiconductor substrate,
The imaging device according to [12] or [13] , wherein the organic photoelectric conversion section is formed on a first surface side of the semiconductor substrate.
[15]
The imaging device according to [14] , wherein the semiconductor substrate has a second surface opposite to the first surface, and a multilayer wiring layer is formed on the second surface side.
[16]
the organic photoelectric conversion unit performs photoelectric conversion of blue light,
The imaging device according to [14] or [15] , wherein the inorganic photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of green light and the inorganic photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of red light are stacked within the semiconductor substrate.
[17]
The imaging device according to any one of [11] to [16] , wherein in each pixel, a plurality of the organic photoelectric conversion units that perform photoelectric conversion in mutually different wavelength ranges are stacked.

本出願は、日本国特許庁において2019年8月9日に出願された日本特許出願番号2019-147802号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-147802, filed on August 9, 2019 in the Japan Patent Office, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。 Those skilled in the art will appreciate that various modifications, combinations, subcombinations, and variations may occur to those skilled in the art depending on design requirements and other factors, and that these are intended to be within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (17)

第1電極と、
前記第1電極と対向配置された第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられると共に、下記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む有機層と
を備えた撮像素子。
Figure 0007571726000024
Figure 0007571726000025
Figure 0007571726000026
Figure 0007571726000027
A first electrode;
a second electrode disposed opposite the first electrode;
an organic layer provided between the first electrode and the second electrode, the organic layer including at least one dipyrromethene derivative represented by any one of the following formulas (1-1) to (1-24) and (2-1) to (2-6) :
Figure 0007571726000024
Figure 0007571726000025
Figure 0007571726000026
Figure 0007571726000027
前記有機層は、青色帯域の波長を検出する、請求項1に記載の撮像素子。 The image sensor according to claim 1, wherein the organic layer detects wavelengths in the blue band. 前記有機層は光電変換層を有し、
前記光電変換層は、前記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む、請求項1に記載の撮像素子。
The organic layer has a photoelectric conversion layer,
2. The image sensor according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer contains at least one dipyrromethene derivative represented by any one of formulas (1-1) to (1-24) and formulas (2-1) to (2-6) .
前記光電変換層は、波長450nmの吸収率が70%以上、且つ、560nm以上700nm以下の波長の吸収率が20%未満である、請求項3に記載の撮像素子。 The image sensor according to claim 3, wherein the photoelectric conversion layer has an absorption rate of 70% or more at a wavelength of 450 nm and an absorption rate of less than 20% at wavelengths of 560 nm or more and 700 nm or less. 前記光電変換層は、さらに2種類以上の有機半導体材料を含んで構成されている、請求項3に記載の撮像素子。 The image sensor according to claim 3, wherein the photoelectric conversion layer further comprises two or more types of organic semiconductor materials. 前記光電変換層は、さらにフラーレンまたはその誘導体と、正孔輸送性材料とを含んで構成されている、請求項3に記載の撮像素子。 The image sensor according to claim 3, wherein the photoelectric conversion layer further comprises fullerene or a derivative thereof and a hole transport material. 前記有機層は複数の層からなり、
前記複数の層のうちの少なくとも1層が、前記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む、請求項1に記載の撮像素子。
The organic layer is composed of a plurality of layers,
2. The image sensor according to claim 1, wherein at least one of the plurality of layers contains at least one kind of dipyrromethene derivative represented by any one of formulas (1-1) to (1-24) and formulas (2-1) to (2-6) .
前記第1電極は複数の電極からなる、請求項1に記載の撮像素子。 The imaging element according to claim 1, wherein the first electrode is made up of a plurality of electrodes. 前記第1電極と前記光電変換層との間に、さらに第1の電荷ブロック層が設けられている、請求項3に記載の撮像素子。 The imaging element according to claim 3, further comprising a first charge blocking layer between the first electrode and the photoelectric conversion layer. 前記光電変換層と前記第2電極との間に、さらに、第2の電荷ブロック層が設けられている、請求項3に記載の撮像素子。 The imaging element according to claim 3, further comprising a second charge blocking layer between the photoelectric conversion layer and the second electrode. 1または複数の有機光電変換部がそれぞれ設けられている複数の画素を備え、
前記有機光電変換部は、
第1電極と、
前記第1電極と対向配置された第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられると共に、下記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む有機層と
を有する撮像装置。
Figure 0007571726000028
Figure 0007571726000029
Figure 0007571726000030
Figure 0007571726000031
A plurality of pixels each having one or a plurality of organic photoelectric conversion units provided therein;
The organic photoelectric conversion unit is
A first electrode;
a second electrode disposed opposite the first electrode;
and an organic layer provided between the first electrode and the second electrode, the organic layer including at least one dipyrromethene derivative represented by the following formulas (1-1) to (1-24) and (2-1) to (2-6) .
Figure 0007571726000028
Figure 0007571726000029
Figure 0007571726000030
Figure 0007571726000031
各画素には、1または複数の前記有機光電変換部と、前記有機光電変換部とは異なる波長域の光電変換を行う1または複数の無機光電変換部とが積層されている、請求項11に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 11 , wherein each pixel includes one or more of the organic photoelectric conversion units and one or more inorganic photoelectric conversion units that perform photoelectric conversion in a wavelength range different from that of the organic photoelectric conversion units. 前記式(1-1)~式(1-24)および式(2-1)~式(2-6)で表されるジピロメテン誘導体を少なくとも1種含む前記有機層を有する前記有機光電変換部は、入射光に対して、他の前記有機光電変換部および前記無機光電変換部よりも近い位置に配設されている、請求項12に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 12, wherein the organic photoelectric conversion unit having the organic layer containing at least one of the dipyrromethene derivatives represented by the formulas (1-1) to (1-24) and the formulas (2-1) to (2-6) is disposed at a position closer to incident light than the other organic photoelectric conversion units and the inorganic photoelectric conversion unit. 前記無機光電変換部は、半導体基板に埋め込み形成され、
前記有機光電変換部は、前記半導体基板の第1の面側に形成されている、請求項12に記載の撮像装置。
The inorganic photoelectric conversion unit is formed by embedding the inorganic photoelectric conversion unit in a semiconductor substrate,
The imaging device according to claim 12 , wherein the organic photoelectric conversion section is formed on a first surface side of the semiconductor substrate.
前記半導体基板は前記第1の面と対向する第2の面を有し、前記第2の面側に多層配線層が形成されている、請求項14に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 14 , wherein the semiconductor substrate has a second surface opposite to the first surface, and a multilayer wiring layer is formed on the second surface side. 前記有機光電変換部は青色光の光電変換を行い、
前記半導体基板内に、緑色光の光電変換を行う前記無機光電変換部と、赤色光の光電変換を行う前記無機光電変換部とが積層されている、請求項14に記載の撮像装置。
the organic photoelectric conversion unit performs photoelectric conversion of blue light,
The imaging device according to claim 14 , wherein the inorganic photoelectric conversion section that performs photoelectric conversion of green light and the inorganic photoelectric conversion section that performs photoelectric conversion of red light are stacked in the semiconductor substrate.
各画素では、互いに異なる波長域の光電変換を行う複数の前記有機光電変換部が積層されている、請求項11に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 11 , wherein each pixel includes a plurality of the organic photoelectric conversion units that perform photoelectric conversion in mutually different wavelength ranges.
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